WO2014011005A1 - Cyanine fluorescent probe, method for detecting zinc ion using same and method for preparing same - Google Patents

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cyanine
ctmpa
fluorescent probe
based fluorescent
formula
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PCT/KR2013/006288
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윤주영
궈즈첸
신인재
김건희
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이화여자대학교 산학협력단
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    • C07D401/00Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, at least one ring being a six-membered ring with only one nitrogen atom
    • C07D401/14Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, at least one ring being a six-membered ring with only one nitrogen atom containing three or more hetero rings
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    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
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    • G01N21/6428Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/84Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving inorganic compounds or pH

Definitions

  • the present application relates to a cyanine-based fluorescent probe, a zinc ion detection method using the cyanine-based fluorescent probe, a method for producing the cyanine-based fluorescent probe, a fluorescent sensor including the cyanine-based fluorescent probe, and a cyanine-based compound.
  • Zinc ions are essential components in various biological processes and are often present in tightly bound forms in proteins.
  • mobile intracellular zinc ions are also present in various human tissues, including the brain, intestine, pancreas, and retina.
  • zinc ions are known to play an important role in the regulation of apoptosis and are released from intracellular metal proteins during this process.
  • Diseases resulting from free zinc metabolism are closely associated with many physiological conditions such as Alzheimer's disease, epilepsy, Parkinson's disease, stroke, and infant diarrhea.
  • the molecular basis of the involvement of mobile zinc ions in pathophysiological processes has been extensively studied, the fundamental questions remain, in particular, questions regarding the role played by mobile zinc ions in the regulation of apoptosis. have. Therefore, the development of improved methods for quantifying and visualizing the mobile zinc ions is very important.
  • Fluorescent sensors have been a powerful tool for observing in vitro and in vivo levels of biologically related species and for understanding their function.
  • Zn 2+ selective fluorescent sensors have been used to obtain a great deal of information about zinc biology.
  • fluorophores such as fluorescein, coumarin, and 4-nitrobenzooxadiazole.
  • conjugating specific receptors There has been a focus on conjugating specific receptors.
  • Some fluorescent zinc sensors have been used to image endogenous Zn 2+ in living cells and hippocampus slices, and more interestingly, visible light active fluorescent probes have been used to track endogenous Zn 2+ during zebrafish development. .
  • the ratiometric method where the analytical concentration is determined by measuring the ratio of absorbance or fluorescence intensity at two wavelengths, has a built-in correction that eliminates ambient effects and increases signal fidelity. ).
  • ratiometric fluorescent probes that emit at long wavelengths have been designed for in vivo detection of endogenous Zn 2+ .
  • the present application is a zinc-selective probe that emits light at a long wavelength, and has a high sensitivity and high selectivity to zinc, and reacts with endogenous zinc in living cells and organisms to show a change from blue to red at the maximum emission wavelength and a large short wavelength shift.
  • a cyanine derivative for detecting zinc ions a cyanine fluorescent probe, a zinc ion detection method using the cyanine fluorescent probe, and a method of manufacturing the cyanine fluorescent probe are provided.
  • the first aspect of the present application can provide a cyanine-based fluorescent probe comprising a compound represented by the following formula (1):
  • the second aspect of the present application can provide a method for detecting zinc ions in vivo using the cyanine-based fluorescent probe.
  • a method of preparing a cyanine-based fluorescent probe which includes reacting TMPA represented by the following Chemical Formula 2 with tricarbocyanine chloride, may be:
  • the fourth aspect of the present application can provide a fluorescent sensor including the cyanine-based fluorescent probe.
  • the fifth aspect of the present application can provide a cyanine compound represented by the following Chemical Formula 1:
  • Highly sensitive and highly selective cyanine-based fluorescent sensors can be prepared according to the present invention, which can be used to detect endogenous Zn 2+ ions in living cells and organisms.
  • cyanine-based fluorescent probe included in the fluorescent sensor according to the present invention when Zn 2+ is added to a solution of CTMPA, a color change from blue to bright red, which can be easily determined by the naked eye, occurs, and at the same time, the maximum emission of CTMPA Significantly large hyperchromic shifts from about 730 nm to about 590 nm, with a wavelength change of about 140 nm, and cell or neural globules can be detected.
  • the CTMPA according to the present disclosure is capable of absorbing zinc ions in living cells and organisms because of useful features including large spectral shift induced by Zn 2+ , low fluorescence background, and high sensitivity to Zn 2+ . Can be used to detect.
  • the CTMPA can be used to observe endogenous zinc ions released during apoptosis, and the probe can be used to track intact Zn 2+ during zebrafish development. Due to the low background and high sensitivity of the CTMPA, the CTMPA according to the present application is the first fluorescence detection probe of neuromasts in zebrafish, and can be very useful in zinc biology research.
  • a strategy that relies on the change in the ⁇ -electron conjugation length of cyanine molecules promoted by metal ion coordination may show great potential for the creation of new cyanine probes.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the synthesis of fluorescent Zn 2+ probe CTMPA according to one embodiment of the present disclosure.
  • Absorbance and emission spectra of the appropriate CTMPA (5.0 ⁇ M) are shown using ⁇ M, 2.5 ⁇ M, 3.0 ⁇ M, 3.5 ⁇ M, 4.0 ⁇ M, 4.5 ⁇ M, and 5.0 ⁇ M).
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a given binding mode of CTMPA for Zn 2+ according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4A shows the pH profile of CTMPA in a mixture of CH 3 CN-H 2 O (1: 9) according to one embodiment of the present application
  • FIG. 4B shows CH 3 CN-H 2 O according to one embodiment of the present application.
  • FIG. 4C shows the change in fluorescence intensity at 730 nm of CTMPA in a mixture of CH 3 CN-H 2 O (1: 9) according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a given pH-response mode of CTMPA according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6A illustrates hydrogen numbering according to the presence or absence of Zn 2+ of CTMPA according to an embodiment of the present application
  • FIG. 6B illustrates 1 of CTMPA in CD 3 CN during titration using Zn 2+ according to an embodiment of the present application.
  • H NMR spectrum is shown.
  • (i) is the spectrum of the glass CTMPA
  • (iii) the [Zn 2+] / a [CTMPA] 1 The spectrum of the mixture of 1 is shown.
  • Figure 7 shows a 1 H NMR spectrum of CTMPA during Zn 2+ titration in CD 3 CN according to an embodiment of the present application.
  • Figure 9a is a graph showing the absorption ratio ( A 510 nm / A 670 nm ) of CTMPA (1 ⁇ M) to log 10 C [Zn2 +] free in the buffer according to an embodiment of the present application
  • Figure 9b is one embodiment of the present application of a buffer solution according to example CTMPA (1 ⁇ M) versus log 10 C [Zn2 +] is a graph showing the fluorescence ratio (I 590 nm / I 730 nm ) of the free.
  • CTMPA 10 is a bar graph showing metal ion selectivity of CTMPA according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 shows fluorescence images of exogenous zinc ions in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells using CTMPA according to one embodiment of the present application.
  • FIG. 12 shows fluorescence images of intact zinc ions in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells released during apoptosis using CTMPA according to one embodiment of the present application.
  • FIG. 13 shows fluorescence images of intact zinc ions released into dead cells in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells using CTMPA according to one embodiment of the present application.
  • 15 is a photograph showing detection of endogenous zinc ions in zebrafish using CTMPA according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 16 is an image showing distribution of neurospheres along grouped living bodies in (A) side and (B) dorsal region according to one embodiment of the present disclosure.
  • the supraorbital region includes preoptic (PO), and supraorbital (SO) neurospheres.
  • the caudal-cranial region includes the ear (otic, O), the occipital (OC), the dorsal (D), and the middle (MI) neurospheres, and the posterior (P) Neurospheres are placed in the trunk area.
  • 17A-17H show NMR and mass spectrometer spectra of compounds according to one embodiment of the present application, respectively.
  • the term "combination (s) thereof" included in the representation of a makushi form refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the representation of makushi form, It means to include one or more selected from the group consisting of the above components.
  • the first aspect of the present application can provide a cyanine-based fluorescent probe comprising a compound represented by the following formula (1):
  • the cyanine-based fluorescent probe according to the present invention has high selectivity and high sensitivity to endogenous zinc ions in living cells and organisms, and exhibits a change from blue to red and a large short wavelength shift.
  • tricarbocyanine was chosen as the chromophore / fluorophore because it absorbs light with a large extinction coefficient, usually in the near infrared region (about 650 nm to about 900 nm).
  • a novel strategy can be adopted such that significant wavelength shifts occur in the maximum absorption and emission of the cyanine sites that depend on changes in the degree of conjugation of the ⁇ -electron system.
  • Cyanine-based Zn 2+ Two factors can be considered in designing selective probes. As a first element, the probe is Zn 2+ It must contain a site showing strong and selective binding. For this purpose, the large Zn of the tris-pyridine moiety (TMPA) 2+ Tris-pyridine sites (TMPA) can be introduced into the probe due to binding affinity (see FIG. 1).
  • the sensor is Zn 2+
  • the binding should include features that allow alteration of the effect of meso-substituents on the polymethine ⁇ -electron field of the tricarbocyanine chromophore / fluorophore. In this way, Zn 2+ The combination of will result in a large shift in maximum absorption and luminescence, resulting in a low fluorescence background.
  • the cyanine-based fluorescent probe may be used for detecting zinc ions (Zn 2+ ), but may not be limited thereto.
  • the compound represented by Chemical Formula 1 may be reacted with zinc ions (Zn 2+ ) to form a complex, but may not be limited thereto.
  • the cyanine-based fluorescent probe including the compound represented by Formula 1 may detect endogenous zinc ions (Zn 2+ ) in vivo, but may not be limited thereto.
  • the compound represented by Chemical Formula 1 may be a color change from blue to red at the maximum emission wavelength in response to Zn 2+ , but may not be limited thereto.
  • the compound represented by Chemical Formula 1 may represent short wavelength shift in the emission wavelength and the absorption wavelength by reaction with Zn 2+ , but may not be limited thereto.
  • the compound represented by Chemical Formula 1 may exhibit short wavelength shift from about 730 nm to about 590 nm at the maximum emission wavelength by reaction with Zn 2+ , but may not be limited thereto. have.
  • pyridine and meso-substituted nitrogen in the compound represented by Chemical Formula 1 may be coordinated by reacting with Zn 2+ , but may not be limited thereto.
  • the compound represented by Formula 1 (CTMPA) and the Zn 2+ may be to form a complex in a ratio of about 1: about 1, but may not be limited thereto.
  • the cyanine-based fluorescent probe may detect endogenous zinc ions (Zn 2+ ) in vivo, but may not be limited thereto.
  • the cyanine-based fluorescent probe may detect zinc ions within the nM range, but may not be limited thereto.
  • the cyanine-based fluorescent probe may be, for example, about 0.1 nM to about 1,000 nM, about 0.1 nM to about 500 nM, about 0.1 nM to about 100 nM, about 0.1 nM to about 80 nM, about 0.1 nM to about 50 nM , About 0.1 nM to about 30 nM, about 0.1 nM to about 10 nM, about 0.1 nM to about 5 nM, about 0.1 nM to about 1 nM, about 1 nM to about 1,000 nM, about 1 nM to about 500 nM, about 1 nM to about 100 nM, about 1 nM to about 80 nM, about 1 nM to about 50 nM, about 1 nM to about 30 nM, about 1 nM to about 10 nM,
  • the second aspect of the present application can provide a method for detecting zinc ions in vivo using the cyanine-based fluorescent probe.
  • the detection method may be one capable of imaging the distribution of endogenous zinc ions in vivo, but may not be limited thereto.
  • a method of preparing a cyanine-based fluorescent probe which includes reacting TMPA represented by the following Chemical Formula 2 with tricarbocyanine chloride, may be:
  • the TMPA and the tricarbocyanide chloride may be reacted by heating at about 70 ° C. to about 100 ° C. under an argon atmosphere, but may not be limited thereto.
  • it may further include purifying the cyanine-based fluorescent probe, but may not be limited thereto.
  • the fourth aspect of the present application can provide a fluorescent sensor including the cyanine-based fluorescent probe.
  • the fifth aspect of the present application can provide a cyanine compound represented by the following Chemical Formula 1:
  • the second to fifth aspects of the present application respectively, using the cyanine-based fluorescent probe according to the first aspect of the present invention, zinc ion detection method in vivo, a method for producing a cyanine-based fluorescent probe according to the first aspect of the present application, the cyanine-based A fluorescent sensor including a fluorescent probe, and a cyanine compound represented by Chemical Formula 1, and detailed descriptions of portions overlapping with the first aspect of the present disclosure are omitted, but the descriptions of the first aspect of the present disclosure The same may be applied to each of the second to fifth aspects of the present disclosure even if the description thereof is omitted.
  • the fluorescence spectrometer was used to determine the apparent dissociation constant ( K d ) calculated by using the following equation;
  • R is the absorption ratio or fluorescence intensity ratio at two wavelengths
  • R max is the maximum ratio
  • R 0 is the ratio without addition of Zn 2+
  • [M 2+ ] free is the ratio of free Zn 2+ Concentration.
  • Example 2 Detection of zinc ions in living cells and organisms
  • C2C12 cells mouse myoblast cell line
  • NIH3T3 cells mouse embryonic fibroblast cell line
  • culture medium 10% fetal bovine serum (FBS), penicillin 50 units / mL and 50 ⁇ g / mL of streptomycin were maintained in Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM).
  • C2C12 cells and NIH3T3 cells were attached in 24-well plates at a density of 1 ⁇ 10 4 cells per well in culture medium. After 24 hours, cells were incubated at 37 ° C. for 1 hour in the presence of 250 ⁇ M H 2 O 2 . After 6 hours, cells were treated with 2 ⁇ M CTMPA at 37 ° C. for 1 hour. After washing twice with Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS), cells were imaged by confocal microscopy. For TPEN experiments, cells treated in the presence of 250 ⁇ M H 2 O 2 for 6 hours were incubated with 50 ⁇ M TPEN at 37 ° C. for 0.5 hours. After washing twice with DPBS to remove the remaining TPEN, cells were treated with 2 ⁇ M CTMPA at 37 ° C. for 1 hour. The treated cells were washed and imaged by confocal microscopy.
  • DPBS Dulbecco's phosphate buffered saline
  • the zebrafish was kept at 28 ° C. and optimal reproductive conditions were maintained. For mating, the male and female zebrafish were kept in a tank at 28 ° C. with a 12 hour / 12 hour light cycle, and then scattering was induced by providing photostimulation in the morning. Nearly all eggs were fertilized immediately. All steps of zebrafish were performed in E3 embryo medium (15 mM NaCl, 0.5 mM KCl, 1 mM MgSO 4 , 1 mM CaCl 2 , 0.15 mM KH 2 PO 4 , 0.05 mM Na 2 HPO 4 , 0.7 mM NaHCO 3 , 5% to 10% methylene blue; pH 7.5).
  • Zebrafish embryos 24, 36, 48, 72, and 96 hours after fertilization were subjected to 1 hour in E3 medium containing 0.1% (v / v) DMSO containing 2 ⁇ M CTMPA at 28 ° C. While incubated.
  • E3 medium containing 0.1% (v / v) DMSO containing 2 ⁇ M CTMPA at 28 ° C. While incubated.
  • zebrafish was exposed to 100 ⁇ M TPEN in E3 medium at 28 ° C. for 1 hour to remove intact zinc ions in zebrafish. After washing with E3 medium to remove the remaining TPEN, the zebrafish was incubated in E3 medium containing 2 ⁇ M CTMPA at 28 ° C. for 1 hour. The treated zebrafish were washed and imaged by confocal microscopy.
  • CTMPA Due to the fact that the TMPA site of CTMPA contains three pyrimidine groups that contribute as zinc coordination sites, CTMPA has this enhanced Zn 2+ binding capacity.
  • the primary amine moiety in TMPA is linked to the center of the polymethine chain of tricarbocyanine in the probe, and as a result, the coordination to Zn 2+ will affect the degree of conjugation of the ⁇ -electron system. This phenomenon results in observable shifts of maximum wavelengths in the absorption and emission spectra. Based on this reason, the Zn 2+ -specific fluorescent probe CTMPA was prepared according to the procedure shown in FIG. 1. In brief, TMPA was synthesized from 2,6-dichloromethylpyridine in 22% yield. CTMPA was prepared in 32% yield by reacting tricarbocyanine IR-780 with chloride in DMF and TMPA.
  • the near infrared band at about 730 nm in the emission spectrum decreases with a sharp increase in the band at about 590 nm.
  • the observation is that the characteristic emission band of CTMPA is Zn 2+ It demonstrates that a large short wavelength shift (about 140 nm) proceeds with binding to.
  • CTMPA-Zn 2+ Of about 1 a complex of about 1 is produced and I 590 nm Of I 730 nm And A 510nm Of A 670 nm Ratio of in vitro Zn 2+ It can be used to measure the concentration.
  • Figure 2a shows an absorption spectrum [inset is Zn 2+ Before and after addition of Zn 2+ Ratio of absorbance as a function of the concentration and color change of A 510nm Of A 670 nm );
  • 2B shows the emission spectrum ( ⁇ ) in the region of about 670 nm or more.
  • ex 670 nm);
  • 2D shows the emission spectrum ( ⁇ ) in the region of about 560 nm or more.
  • ex 560 nm) (inset is Zn 2+ Before and after addition of Zn 2+ Ratio of fluorescence intensity as a function of concentration and fluorescence change of ( I 590 nm Of I 730 nm )).
  • FIG. 4a shows the pH profile of CTMPA in a mixture of CH 3 CN-H 2 O (1: 9) according to this example
  • FIG. 4b shows CH 3 CN-H 2 O (1: 9) according to this example
  • Deprotonation of NH in the meso-substituents of CTMPA according to this example shortens the ⁇ -conjugated system in the tricarbocyanine chromophore / fluorophore, which shows short wavelength shift at maximum absorption and emission.
  • This result is because a large blue shift of the CTMPA increased by a combination of Zn 2+, Zn 2+ in a coordination bond to the NH of the probe to lower the NH of p K a, at about pH 7.4 the CTMPA-Zn 2 + Suggestion caused by deprotonation of NH in the complex (see FIG. 3).
  • Absorption and luminescence spectra of CTMPA according to the present embodiment remain almost unchanged between about pH 2.8 and about pH 9.7, and therefore, the probe may be applied to in vivo detection of Zn 2+ . It is expected.
  • FIGS. 6 and 7 show hydrogen numbering according to the presence or absence of Zn 2+ of CTMPA according to the present embodiment
  • FIG. 6b shows a 1 H NMR spectrum of CTMPA in CD 3 CN during titration using Zn 2+ according to the present embodiment.
  • (i) is the spectrum of the glass CTMPA, (ii) the [Zn 2+] / 0.5 of [CTMPA]: a mixture of a spectrum of the 1, (iii) the [Zn 2+] / [CTMPA]
  • the spectrum of the mixture of 1: 1 is shown.
  • Figure 7 shows the 1 H NMR spectrum of CTMPA during the Zn 2+ titration process of CD 3 CN according to the present embodiment.
  • Detailed confirmation of the 1 H NMR signals is shown in Table 1.
  • the apparent dissociation constant ( K d ) of the CTMPA-Zn 2+ complex plots the fluorescence intensity ratio I 590 nm / I 730 nm or the absorption ratio A 510 nm / A 670 nm as a function of Zn 2+ concentration.
  • K d The apparent dissociation constant
  • FIG. 9B shows CTMPA (1 ⁇ M) versus log 10 C [in buffer according to this Example. It is a graph showing the fluorescence ratio ( I 590 nm / I 730 nm ) of Zn2 +] free .
  • CTMPA Previously developed Zn 2+ Unlike the receptors, CTMPA has three pyridine groups and Zn 2+ It contains one meso-nitrogen that acts as a coordination site. The presence of multiple coordination sites in the probe is Cd 2+ And Zn of CTMPA relative to other metal ions 2+ It is expected to increase binding selectivity.
  • Gray bars show various competing metal ions (Na in a solution of CTMPA (5 ⁇ M) + , K + , Mg 2+ And Ca 2+ 1,000 ⁇ M for ; CD 2+ 10 ⁇ M for; After addition of 25 ⁇ M) for all other metal ions
  • I 590 nm Of I 730 nm Indicates a ratio.
  • Black bars are Zn in a solution of CTMPA (5 ⁇ M) in the presence of the competing metal ions. 2+ After addition of I 590 nm Of I 730 nm Indicates a ratio.
  • CTMPA will be suitable for detecting zinc ions in living cells and organisms.
  • the Zn 2+ bioimaging ability of the CTMPA was measured using live mammalian cells.
  • Mouse C2C12 myoblasts and mouse NIH3T3 embryonic fibroblasts were incubated with 2 ⁇ M CTMPA for 1 hour (see FIG. 11).
  • FIG. 11 shows fluorescence images of exogenous zinc ions in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells using CTMPA according to this Example.
  • FIG. 11 shows fluorescence images of exogenous zinc ions in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells using CTMPA.
  • FIG. 12 shows fluorescence images of intact zinc ions in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells released during apoptosis using CTMPA according to this Example, and FIG. 13 shows CTMPA according to this Example.
  • Fluorescence images of intact zinc ions released in dead cells in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells are shown.
  • H 2 O 2 -treated cells were treated with 50 ⁇ M TPEN for 0.5 h prior to treatment with the probe. Were incubated. In this case, the fluorescence intensity of the cells was significantly reduced (FIG. 12), indicating that the probe senses the zinc ions actually released during apoptosis.
  • Figure 12 shows fluorescence imaging of intact zinc ions in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells released during apoptosis using CTMPA.
  • Cells were cultured in the absence (left) or presence (center) of 250 ⁇ M H 2 O 2 for 6 hours, causing apoptosis and then treated for 1 hour with 2 ⁇ M CTMPA.
  • CTMPA CTMPA
  • FIG. 16 is an image showing the distribution of neurospheres according to the grouped living bodies in (A) side and (B) dorsal regions according to the present embodiment, and the upper eye and the supraorbital region are in front of the visual cross (preoptic, PO). ), And supraorbital (SO) neurospheres.
  • the caudal-cranial region includes the ear (otic, O), the occipital (OC), the dorsal (D), and the middle (MI) neurospheres, and the posterior (P) Neurospheres are placed in the trunk area. It should be noted that this phenomenon was not observed when using different zinc probes such as NBD-TPEA and ZTRS. Since CTMPA has a very high binding affinity for Zn 2+ , and CTMPA exhibits long wavelength luminescence that inhibits autofluorescence, these probes have a unique ability to detect intact zinc ions in zebrafish neurospheres. .
  • CTMPA as a novel fluorescent Zn 2+ sensor with long wavelength emission maximum.
  • CTMPA has high sensitivity and high selectivity for Zn 2+ relative to other metal ions, and a detection limit in the nanomolar range.
  • the significant absorption and emission wavelength shifts that occur when CTMPA forms a complex with Zn 2+ make the sensor ideally suited for bioimaging of endogenous free zinc ions.
  • This advantageous feature was demonstrated by using CTMPA for fluorescence detection of intact zinc ions in the zebrafish neurospheres.
  • the strategy devised by the inventors of the present invention is the high sensitivity and high selectivity, ratiometric cyanine-based metal ion sensor, which is dependent on the modulation of the conjugation length of the ⁇ -electron of the cyanine chromophore / fluorophore by metal ion coordination bonds. It may be applicable to the formation. In particular, an approach based on apparent changes in the ⁇ -electron system of cyanine dyes will serve as the basis for devising other types of cyanine-based fluorescent probes for in vivo imaging applications.

Abstract

The present application relates to a cyanine fluorescent probe, to a method for detecting zinc ion using the cyanine fluorescent probe, to a method for preparing the cyanine fluorescent probe, to a fluorescent sensor comprising the cyanine fluorescent probe and to a cyanine compound.

Description

시아닌계 형광 프로브, 이를 이용한 아연 이온 검출방법, 및 이의 제조방법Cyanine-based fluorescent probe, zinc ion detection method, and preparation method thereof
본원은, 시아닌계 형광 프로브, 상기 시아닌계 형광 프로브를 이용한 아연 이온 검출방법, 및 상기 시아닌계 형광 프로브의 제조방법, 상기 시아닌계 형광 프로브를 포함하는 형광 센서, 및 시아닌계 화합물에 관한 것이다.The present application relates to a cyanine-based fluorescent probe, a zinc ion detection method using the cyanine-based fluorescent probe, a method for producing the cyanine-based fluorescent probe, a fluorescent sensor including the cyanine-based fluorescent probe, and a cyanine-based compound.
아연 이온은 다양한 생물학적인 과정에서 필수적인 성분이고 단백질 내에서 단단하게 결합된 형태로 흔히 존재한다. 게다가, 이동성 있는 세포 내 아연 이온은 또한 뇌, 장, 췌장, 및 망막을 포함한 다양한 인간 조직 내에 존재한다. 더욱이, 아연 이온은 세포사멸(apoptosis)의 조절에 있어서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있고, 이러한 과정 중에 세포 내 금속 단백질로부터 방출된다. 유리(free) 아연 대사(metabolism)로부터 발생하는 질환들은, 알츠하이머병, 간질, 파킨슨씨병, 뇌졸중, 및 유아 설사증과 같은 많은 생리 상태와 밀접하게 연관된다. 병태생리학적인 과정에서 이동성 아연 이온의 참여의 분자적 근거가 광범위하게 연구되어 왔음에도, 기초적인 의문, 특히 세포사멸의 조절에 있어 이동성 아연 이온에 의해 작용하는 역할에 관한 질문들은 해결되지 않은 채 남아있다. 따라서, 상기 이동성 아연 이온을 정량화하고 시각화하기 위한 개선된 방법들의 개발은 매우 중요하다. Zinc ions are essential components in various biological processes and are often present in tightly bound forms in proteins. In addition, mobile intracellular zinc ions are also present in various human tissues, including the brain, intestine, pancreas, and retina. Moreover, zinc ions are known to play an important role in the regulation of apoptosis and are released from intracellular metal proteins during this process. Diseases resulting from free zinc metabolism are closely associated with many physiological conditions such as Alzheimer's disease, epilepsy, Parkinson's disease, stroke, and infant diarrhea. Although the molecular basis of the involvement of mobile zinc ions in pathophysiological processes has been extensively studied, the fundamental questions remain, in particular, questions regarding the role played by mobile zinc ions in the regulation of apoptosis. have. Therefore, the development of improved methods for quantifying and visualizing the mobile zinc ions is very important.
형광 센서는 생물학적으로 관련된 종들의 인비트로(in vitro) 및 인비보(in vivo) 수준(level)을 관찰하고 이들의 기능을 이해하기 위한 강력한 도구가 되어 왔다. Zn2+ 선택성 형광 센서는 아연 생물학에 대한 많은 정보를 획득하는데 사용되어 왔다. 상기 대부분 분야의 경우에서, 아연 이온에 대한 센서를 개발하는데 사용된 전략은 플루오레세인(fluorescein), 쿠마린(coumarin), 및 4-니트로벤조옥사디아졸(4-nitrobenzooxadiazole)과 같은 형광 발색단에 아연 특이 수용체를 콘쥬게이팅(conjugating)하는 것에 집중되어 왔다. 일부 형광 아연 센서는 생체 세포들 및 해마 절편(hippocampus slices) 내 내인성 Zn2+를 이미지화하는데 사용되었으며, 더욱 흥미롭게도, 가시광 활성 형광 프로브는 제브라피쉬 발달 중에 내인성 Zn2+를 추적하기 위해 사용되어 왔다. Fluorescent sensors have been a powerful tool for observing in vitro and in vivo levels of biologically related species and for understanding their function. Zn 2+ selective fluorescent sensors have been used to obtain a great deal of information about zinc biology. In most of the above fields, the strategy used to develop sensors for zinc ions is zinc in fluorophores such as fluorescein, coumarin, and 4-nitrobenzooxadiazole. There has been a focus on conjugating specific receptors. Some fluorescent zinc sensors have been used to image endogenous Zn 2+ in living cells and hippocampus slices, and more interestingly, visible light active fluorescent probes have been used to track endogenous Zn 2+ during zebrafish development. .
상기 프로브들의 매력적인 특성에도, 현재 개발된 형광 아연 이온 센서는, 자가형광(autofluorescence), 높은 광산란, 및 상대적으로 낮은 결합 친화성에 의해 일어나는 고유의 시그널 오염(signal contamination)을 포함함으로 인하여, 일부 심각한 약점을 가지고 있다. 특히, Zn2+와 결합에 따른 상기 프로브의 최대 흡광 및 발광에서 상대적으로 작은 파장 이동이 부분적으로 발생하는 강한 배경 시그널(background signals)은 심각한 문제이다. 이러한 심각한 문제들의 한계를 극복하기 위하여, 장파장에서 발광하는 높은 아연-선택성 형광 프로브가 생체 세포들 및 생물 내 내인성 아연 이온의 수준을 검출하기 위해 좀 더 바람직하며, 이는 상기 프로브가 낮은 자가형광 배경을 나타내고 생물학적 시료에 손상을 덜 일으키기 때문이다. 게다가, 분석 농도가 두 개의 파장에서 흡광 또는 형광 강도의 비율을 측정함으로써 결정되는 비율계량법(ratiometric method)은 주변 효과를 제거하고 신호 신뢰도(signal fidelity)를 증가시키는 빌트-인 보정(built-in correction)을 제공한다. 지금까지, 장파장에서 발광하는 몇 개의 비율계량 형광 프로브가 내인성 Zn2+의 인비보(in vivo) 검출을 위해 고안되었다. Despite the attractive properties of these probes, currently developed fluorescent zinc ion sensors have some serious drawbacks due to the inherent signal contamination caused by autofluorescence, high light scattering, and relatively low binding affinity. Have In particular, strong background signals, in which relatively small wavelength shifts occur at maximum absorption and emission of the probe due to the combination with Zn 2+ , are a serious problem. In order to overcome the limitations of these serious problems, high zinc-selective fluorescent probes that emit at long wavelengths are more desirable for detecting levels of endogenous zinc ions in living cells and organisms, which may cause the probe to have a low autofluorescence background. And less damage to biological samples. In addition, the ratiometric method, where the analytical concentration is determined by measuring the ratio of absorbance or fluorescence intensity at two wavelengths, has a built-in correction that eliminates ambient effects and increases signal fidelity. ). To date, several ratiometric fluorescent probes that emit at long wavelengths have been designed for in vivo detection of endogenous Zn 2+ .
종래 개발된 방법과 관련된 이러한 한계를 인식해서, 본 발명자들은 생체 세포들 및 생물 내 아연 이온에 반응하여 큰 발광 파장 변화를 나타내는 고선택성의 장파장-흡수 형광 Zn2+ 센서를 개발하는 데 목표를 두는 연구를 수행해 왔다. 생체 세포 및 생물 내의 아연 검출에 대한 고감도 및 고선택성 검출용 프로브의 요구에도, 아직 고감도 및 고선택성 아연 형광 프로브에 대한 많은 연구가 이루어지지 않고 있다. 예를 들어, "서로 다른 형광색의 이광자 형광 프로브를 이용하여 나트륨/칼슘 활성을 동시에 이미지화하는 방법 및 이광자 형광 프로브의 제조방법[대한민국 공개특허 제2012-00013627호]" 등의 연구에서 형광 프로브를 이용한 나트륨/칼슘 활성을 이미지화하는 방법에 관한 연구가 있었다. 그러나 고감도 및 고선택성 아연 형광 프로브에 대한 연구 보고는 거의 이루어져 있지 않다. In recognition of these limitations associated with previously developed methods, the inventors aim to develop a highly selective long wavelength-absorbing fluorescent Zn 2+ sensor that exhibits large emission wavelength variations in response to zinc ions in living cells and organisms. The research has been carried out. Despite the need for high sensitivity and high selectivity detection probes for detection of zinc in living cells and organisms, much research has not yet been conducted on high sensitivity and high selectivity zinc fluorescent probes. For example, "a method for simultaneously imaging sodium / calcium activity using two-photon fluorescent probes of different fluorescent colors and a method for preparing a two-photon fluorescent probe [Korea Patent Publication No. 2012-00013627]", etc. There has been a study on how to image sodium / calcium activity. However, very little research has been reported on high-sensitivity and high-selectivity zinc fluorescent probes.
본원은, 장파장에서 발광하는 아연-선택성 프로브로서, 아연에 대한 고감도 및 고선택성을 가지며, 생체 세포들 및 생물 내 내인성 아연과 반응하여 최대 발광 파장에서 청색에서 적색으로 변화를 나타내고 큰 단파장 이동이 나타나는 아연 이온 검출용 시아닌 유도체로서, 시아닌계 형광 프로브, 상기 시아닌계 형광 프로브를 이용한 아연 이온 검출방법, 및 상기 시아닌계 형광 프로브의 제조방법을 제공하고자 한다.The present application is a zinc-selective probe that emits light at a long wavelength, and has a high sensitivity and high selectivity to zinc, and reacts with endogenous zinc in living cells and organisms to show a change from blue to red at the maximum emission wavelength and a large short wavelength shift. As a cyanine derivative for detecting zinc ions, a cyanine fluorescent probe, a zinc ion detection method using the cyanine fluorescent probe, and a method of manufacturing the cyanine fluorescent probe are provided.
그러나 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present application is not limited to the above-mentioned problem, another problem that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본원의 제 1 측면은, 하기의 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하는 시아닌계 형광 프로브를 제공할 수 있다:The first aspect of the present application can provide a cyanine-based fluorescent probe comprising a compound represented by the following formula (1):
[화학식 1] [Formula 1]
Figure PCTKR2013006288-appb-I000001
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Figure PCTKR2013006288-appb-I000001
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본원의 제 2 측면은, 상기 시아닌계 형광 프로브를 이용하는, 생체 내 아연 이온 검출방법을 제공할 수 있다. The second aspect of the present application can provide a method for detecting zinc ions in vivo using the cyanine-based fluorescent probe.
본원의 제 3 측면은, 하기 화학식 2로서 표시되는 TMPA를 염화 트리카르보시아닌과 반응시키는 것을 포함하는, 시아닌계 형광 프로브의 제조방법을 제공할 수 있다:According to a third aspect of the present disclosure, a method of preparing a cyanine-based fluorescent probe, which includes reacting TMPA represented by the following Chemical Formula 2 with tricarbocyanine chloride, may be:
[화학식 2][Formula 2]
Figure PCTKR2013006288-appb-I000002
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Figure PCTKR2013006288-appb-I000002
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본원의 제 4 측면은, 상기 시아닌계 형광 프로브를 포함하는 형광 센서를 제공할 수 있다. The fourth aspect of the present application can provide a fluorescent sensor including the cyanine-based fluorescent probe.
본원의 제 5 측면은, 하기 화학식 1로서 표시되는 시아닌계 화합물을 제공할 수 있다:The fifth aspect of the present application can provide a cyanine compound represented by the following Chemical Formula 1:
[화학식 1][Formula 1]
Figure PCTKR2013006288-appb-I000003
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Figure PCTKR2013006288-appb-I000003
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본원의 발명에 따라 고감도 및 고선택성 시아닌계 형광 센서가 제조될 수 있고, 상기 시아닌계 형광 센서는 생체 세포들 및 생물 내 내인성(endogenous) Zn2+이온을 검출하는데 이용될 수 있다. 본원에 따른 형광 센서에 포함되는 시아닌계 형광 프로브는, CTMPA의 용액에 Zn2+가 첨가되면, 육안으로 쉽게 판별될 수 있는 청색에서 밝은 적색으로의 색변화가 발생되고, 동시에 CTMPA의 최대 발광 내에서 현저하게 큰 단파장 이동(hypsochromic shift)이 약 730 nm에서 약 590 nm으로, 약 140 nm 파장 변화를 보이며, 셀 이미지 또는 신경 소구의 이미지 검출도 가능하다. 본원에 따른 CTMPA는 Zn2+에 의하여 유도된 큰 스펙트럼 이동(spectral shift), 낮은 형광 백그라운드(fluorescence background), 및 Zn2+에 대한 고감도를 포함하는 유용한 특징 때문에 생체 세포들 및 생물 내 아연 이온을 검출하는데 사용될 수 있다. 상기 CTMPA가 세포사멸(apoptosis) 중에 방출된 내인성 아연 이온을 관찰하기 위하여 사용될 수 있고, 상기 프로브는 제브라피쉬(zebrafish) 발달 과정 중에 무손상(intact) Zn2+를 추적하는데 사용될 수 있다. 상기 CTMPA의 낮은 백그라운드 및 고감도 때문에, 본원에 따른 CTMPA는 제브라피쉬 내 신경소구(neuromasts)의 첫 번째 형광 검출용 프로브로서, 아연 생물학 연구에서 매우 유용하게 이용될 수 있다. 최종적으로, 금속 이온 배위결합에 의해 촉진된 시아닌 분자들의 π-전자 콘쥬게이션 길이의 변화에 의존하는 전략은 신규 시아닌계 프로브의 창출을 위한 커다란 잠재력을 가짐을 보여줄 수 있다.Highly sensitive and highly selective cyanine-based fluorescent sensors can be prepared according to the present invention, which can be used to detect endogenous Zn 2+ ions in living cells and organisms. In the cyanine-based fluorescent probe included in the fluorescent sensor according to the present invention, when Zn 2+ is added to a solution of CTMPA, a color change from blue to bright red, which can be easily determined by the naked eye, occurs, and at the same time, the maximum emission of CTMPA Significantly large hyperchromic shifts from about 730 nm to about 590 nm, with a wavelength change of about 140 nm, and cell or neural globules can be detected. The CTMPA according to the present disclosure is capable of absorbing zinc ions in living cells and organisms because of useful features including large spectral shift induced by Zn 2+ , low fluorescence background, and high sensitivity to Zn 2+ . Can be used to detect. The CTMPA can be used to observe endogenous zinc ions released during apoptosis, and the probe can be used to track intact Zn 2+ during zebrafish development. Due to the low background and high sensitivity of the CTMPA, the CTMPA according to the present application is the first fluorescence detection probe of neuromasts in zebrafish, and can be very useful in zinc biology research. Finally, a strategy that relies on the change in the π-electron conjugation length of cyanine molecules promoted by metal ion coordination may show great potential for the creation of new cyanine probes.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 형광 Zn2+프로브 CTMPA의 합성을 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic diagram illustrating the synthesis of fluorescent Zn 2+ probe CTMPA according to one embodiment of the present disclosure.
도 2a 내지 도 2d는, 본원의 일 실시예에 따른 10% CH3CN를 포함하는 HEPES 완충액(10 mM, pH = 7.4) 중 Zn2+ (0 μM, 0.5 μM, 1.0 μM, 1.5 μM, 2.0 μM, 2.5 μM, 3.0 μM, 3.5 μM, 4.0 μM, 4.5 μM, 및 5.0 μM)를 이용하여 적정한 CTMPA (5.0 μM)의 흡광 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 2A-2D are Zn 2+ (0 μM, 0.5 μM, 1.0 μM, 1.5 μM, 2.0 in HEPES buffer (10 mM, pH = 7.4) containing 10% CH 3 CN according to one embodiment herein Absorbance and emission spectra of the appropriate CTMPA (5.0 μM) are shown using μM, 2.5 μM, 3.0 μM, 3.5 μM, 4.0 μM, 4.5 μM, and 5.0 μM).
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 Zn2+에 대한 CTMPA의 제시된 결합 모드를 나타내는 개략도이다.FIG. 3 is a schematic diagram showing a given binding mode of CTMPA for Zn 2+ according to one embodiment of the present disclosure.
도 4a는 본원의 일 실시예에 따른 CH3CN-H2O (1 : 9)의 혼합물 중 CTMPA의 pH 프로파일을 나타낸 것이고, 도 4b는 본원의 일 실시예에 따른 CH3CN-H2O (1 : 9)의 혼합물 중 CTMPA의 흡광도 변화를 나타낸 것이고, 도 4c는 본원의 일 실시예에 따른 CH3CN-H2O (1 : 9)의 혼합물 중 CTMPA의 730 nm에서 형광 강도 변화(λex = 670 nm)를 나타낸 것이며, 도 4d는 본원의 일 실시예에 따른 CH3CN-H2O (1 : 9)의 혼합물 중 CTMPA의 I 590nm/I 730nm, 의 형광 강도 비율(λex = 560 nm)을 나타낸 것이다. 4A shows the pH profile of CTMPA in a mixture of CH 3 CN-H 2 O (1: 9) according to one embodiment of the present application, and FIG. 4B shows CH 3 CN-H 2 O according to one embodiment of the present application. Shows the change in absorbance of CTMPA in a mixture of (1: 9), and FIG. 4C shows the change in fluorescence intensity at 730 nm of CTMPA in a mixture of CH 3 CN-H 2 O (1: 9) according to an embodiment of the present application. will showing a λ ex = 670 nm), Figure 4d is a CH 3 CN-H 2 O ( 1 in accordance with one embodiment of the present application: the CTMPA in a mixture of 9) I 590nm / I 730nm, the fluorescence intensity ratio (λ ex = 560 nm).
도 5는 본원의 일 구현예에 따른 CTMPA의 제시된 pH-반응 모드에 대한 개략도이다. 5 is a schematic diagram of a given pH-response mode of CTMPA according to one embodiment of the present disclosure.
도 6a는 본원의 일 실시예에 따른 CTMPA의 Zn2+ 유무에 따른 수소 넘버링을 나타낸것이고, 도 6b은 본원의 일 실시예에 따른 Zn2+를 이용하여 적정 과정 중에서 CD3CN 내 CTMPA의 1H NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다. 여기서, (i)는 유리 CTMPA의 스펙트럼이며, (ii)는 [Zn2+]/[CTMPA]의 0.5 : 1의 혼합물의 스펙트럼이고, (iii)는 [Zn2+]/[CTMPA]의 1 : 1의 혼합물의 스펙트럼을 나타낸 것이다. FIG. 6A illustrates hydrogen numbering according to the presence or absence of Zn 2+ of CTMPA according to an embodiment of the present application, and FIG. 6B illustrates 1 of CTMPA in CD 3 CN during titration using Zn 2+ according to an embodiment of the present application. H NMR spectrum is shown. Wherein, (i) is the spectrum of the glass CTMPA, (ii) the [Zn 2+] / 0.5 of [CTMPA]: a mixture of a spectrum of the 1, (iii) the [Zn 2+] / a [CTMPA] 1 : The spectrum of the mixture of 1 is shown.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 CD3CN 중 Zn2+ 적정 과정에서 CTMPA의 1H NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.Figure 7 shows a 1 H NMR spectrum of CTMPA during Zn 2+ titration in CD 3 CN according to an embodiment of the present application.
도 8a는 본원의 일 실시예에 따른 CH3CN-HEPES (1:9) (λex = 560 nm) 중 Zn2+ 적정을 이용한 CTMPA (1 μM)의 흡광 스펙트럼을 나타낸 것이고, 도 8b는 본원의 일 실시예에 따른 CH3CN-HEPES (1:9) (λex = 560 nm) 중 Zn2+ 적정을 이용한 CTMPA (1 μM)의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 8A shows an absorption spectrum of CTMPA (1 μM) using Zn 2+ titration in CH 3 CN-HEPES (1: 9) (λ ex = 560 nm) according to one embodiment of the present application, FIG. 8B The emission spectrum of CTMPA (1 μM) using Zn 2+ titration in CH 3 CN-HEPES (1: 9) (λ ex = 560 nm) according to an example of is shown.
도 9a는 본원의 일 실시예에 따른 완충용액 중 CTMPA (1 μM) 대 log10 C[Zn2+]free의 흡광비율 (A 510 nm/A 670 nm)을 나타내는 그래프이고, 도 9b는 본원의 일 실시예에 따른 완충용액 중 CTMPA (1 μM) 대 log10 C[Zn2+]free의 형광비율 (I 590 nm/I 730 nm)을 나타내는 그래프이다. Figure 9a is a graph showing the absorption ratio ( A 510 nm / A 670 nm ) of CTMPA (1 μM) to log 10 C [Zn2 +] free in the buffer according to an embodiment of the present application, Figure 9b is one embodiment of the present application of a buffer solution according to example CTMPA (1 μM) versus log 10 C [Zn2 +] is a graph showing the fluorescence ratio (I 590 nm / I 730 nm ) of the free.
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 CTMPA의 금속 이온 선택성을 보여주는 막대그래프이다. 10 is a bar graph showing metal ion selectivity of CTMPA according to one embodiment of the present disclosure.
도 11은 본원의 일 실시예에 따른 CTMPA를 이용하여 (a) C2C12 및 (b) NIH3T3 세포들 내 외인성 아연 이온의 형광 이미지를 나타낸 것이다. FIG. 11 shows fluorescence images of exogenous zinc ions in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells using CTMPA according to one embodiment of the present application.
도 12는 본원의 일 실시예에 따른 CTMPA를 이용하여 세포사멸 중에 방출된 (a) C2C12 및 (b) NIH3T3 세포들 내 무손상 아연 이온의 형광 이미지를 나타낸 것이다. 12 shows fluorescence images of intact zinc ions in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells released during apoptosis using CTMPA according to one embodiment of the present application.
도 13은 본원의 일 실시예에 따른 CTMPA를 이용하여 (a) C2C12 및 (b) NIH3T3 세포들 내 사멸세포 중에 방출된 무손상 아연 이온의 형광 이미지를 나타낸 것이다.FIG. 13 shows fluorescence images of intact zinc ions released into dead cells in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells using CTMPA according to one embodiment of the present application.
도 14는 본원의 일 실시예에 따른 1 시간 동안 CTMPA를 이용하여 배양된 수정 후 (a) 24 시간, (b) 36 시간, (c) 48 시간, (d) 72 시간, 및 (e) 96 시간 경과된 제브라피쉬 내 무손상 아연 이온의 형광 검출 사진이다. 14 shows (a) 24 hours, (b) 36 hours, (c) 48 hours, (d) 72 hours, and (e) 96 after fertilization incubated with CTMPA for 1 hour according to one embodiment herein. Fluorescence detection photographs of intact zinc ions in zebrafish that have elapsed time.
도 15는 본원의 일 실시예에 따른 CTMPA를 이용한 제브라피쉬 내 내인성 아연 이온의 검출을 나타내는 사진이다.15 is a photograph showing detection of endogenous zinc ions in zebrafish using CTMPA according to an embodiment of the present application.
도 16은 본원의 일 구현예에 따른 (A) 측면 및 (B) 등쪽면 영역에서의 그룹화시킨 생체에 따른 신경소구의 분포를 도시화한 이미지이다. 상안와 영역 (supraorbital region)은 시각교차앞 (preoptic, PO), 및 상안와 (supraorbital, SO) 신경소구를 포함한다. 미골-두개골 영역 (caudal-cranial region)은 귀 (otic, O), 후두부 (occipital, OC), 등 (dorsal, D) 및 중간열 (middle, MI) 신경소구를 포함하며, 후부(posterior, P) 신경소구는 트렁크(trunk) 영역 내 놓여진 것이다. FIG. 16 is an image showing distribution of neurospheres along grouped living bodies in (A) side and (B) dorsal region according to one embodiment of the present disclosure. FIG. The supraorbital region includes preoptic (PO), and supraorbital (SO) neurospheres. The caudal-cranial region includes the ear (otic, O), the occipital (OC), the dorsal (D), and the middle (MI) neurospheres, and the posterior (P) Neurospheres are placed in the trunk area.
도 17a 내지 도 17h는 본원의 일 실시예에 따른 화합물들의 NMR 및 질량 분석기 스펙트럼을 각각 나타낸 것이다. 17A-17H show NMR and mass spectrometer spectra of compounds according to one embodiment of the present application, respectively.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments and examples of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present disclosure.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted for simplicity of explanation, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding the other components unless specifically stated otherwise. As used throughout this specification, the terms "about", "substantially" and the like are used at, or in the sense of, numerical values when a manufacturing and material tolerance inherent in the stated meanings is indicated, Accurate or absolute figures are used to assist in the prevention of unfair use by unscrupulous infringers. As used throughout this specification, the term "step to" or "step of" does not mean "step for."
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination (s) thereof" included in the representation of a makushi form refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the representation of makushi form, It means to include one or more selected from the group consisting of the above components.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B."
본원의 제 1 측면은, 하기의 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하는 시아닌계 형광 프로브를 제공할 수 있다:The first aspect of the present application can provide a cyanine-based fluorescent probe comprising a compound represented by the following formula (1):
[화학식 1] [Formula 1]
Figure PCTKR2013006288-appb-I000004
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Figure PCTKR2013006288-appb-I000004
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본원에 따른 시아닌계 형광 프로브는 생체 세포들 및 생물 내 내인성 아연 이온에 대한 고선택성과 고감도를 가지며, 청색에서 적색으로 변화를 나타내고 큰 단파장 이동이 나타낼 수 있다.The cyanine-based fluorescent probe according to the present invention has high selectivity and high sensitivity to endogenous zinc ions in living cells and organisms, and exhibits a change from blue to red and a large short wavelength shift.
종래 개발된 방법과 관련된 이러한 한계를 인식해서, 본 발명자들은 생체 세포들 및 생물 내 아연 이온에 반응하여 큰 발광 파장 변화를 나타내는 고선택성의 장파장-흡수 형광 Zn2+ 센서를 개발하는 데 목표를 두는 연구를 수행해 왔다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 근적외선 영역(약 650 nm 내지 약 900 nm)에서 보통 큰 흡광 계수(extinction coefficient)를 가지고 빛을 흡수하기 때문에 트리카르보시아닌(tricarbocyanine)이 발색단/형광단으로서 선택되었다. 이러한 유형의 발색단/형광단을 사용함에 있어서 하나의 잠재된 어려움은 시아닌 분자의 π-전자계의 변조(modulation)가 두 개의 질소 원자들 사이에 용이하게 변형되지 않는 폴리메틴 π-전자계가 존재하기 때문에 어려운 경우가 많다. In recognition of these limitations associated with previously developed methods, the inventors aim to develop a highly selective long wavelength-absorbing fluorescent Zn 2+ sensor that exhibits large emission wavelength variations in response to zinc ions in living cells and organisms. The research has been carried out. To achieve this goal, tricarbocyanine was chosen as the chromophore / fluorophore because it absorbs light with a large extinction coefficient, usually in the near infrared region (about 650 nm to about 900 nm). One potential difficulty with using this type of chromophore / fluorophore is that there is a polymethine π-electron system in which the modulation of the π-electron of the cyanine molecule is not easily modified between two nitrogen atoms. Often difficult.
이러한 장애를 극복하기 위하여, 상기 π-전자계의 콘쥬게이션의 정도에 있어 변화에 의존하는 상기 시아닌 부위의 최대 흡광 및 발광에서 상당한 파장 이동이 발생하도록 신규 전략이 채택될 수 있다. 상기 시아닌계 Zn2+-선택성 프로브를 디자인하는데 있어서 두 가지 요소가 고려될 수 있다. 첫 번째 요소로서, 상기 프로브는 Zn2+에 강하고 선택적인 결합을 나타내는 부위를 함유해야 한다는 것이다. 이러한 목적을 위하여, 트리스-피리딘 부위(TMPA)의 큰 Zn2+ 결합 친화성 때문에 트리스-피리딘 부위(TMPA)가 상기 프로브 내로 도입될 수 있다(도 1 참조). 두 번째 요소로서, 좀 더 중요하게, 상기 센서는 Zn2+ 결합이 상기 트리카르보시아닌 발색단/형광단의 폴리메틴 π-전자계 상에 메조-치환기의 효과를 변경할 수 있도록 하는 특징을 포함해야 한다는 것이다. 이러한 방법에 있어서, Zn2+의 결합은 최대 흡광 및 발광에 있어서 큰 이동을 초래해서, 낮은 형광 배경을 나타낼 것이다. In order to overcome this obstacle, a novel strategy can be adopted such that significant wavelength shifts occur in the maximum absorption and emission of the cyanine sites that depend on changes in the degree of conjugation of the π-electron system. Cyanine-based Zn2+Two factors can be considered in designing selective probes. As a first element, the probe is Zn2+It must contain a site showing strong and selective binding. For this purpose, the large Zn of the tris-pyridine moiety (TMPA)2+Tris-pyridine sites (TMPA) can be introduced into the probe due to binding affinity (see FIG. 1). As a second factor, more importantly, the sensor is Zn2+ The binding should include features that allow alteration of the effect of meso-substituents on the polymethine π-electron field of the tricarbocyanine chromophore / fluorophore. In this way, Zn2+The combination of will result in a large shift in maximum absorption and luminescence, resulting in a low fluorescence background.
이러한 기준을 토대로 해서, Zn2+의 복합체화(complexation)에 따른 상기 시아닌 발색단/형광단의 π-전자계 내에 명확하고 가역적인 변화를 가지는 것이 예상되는 상기 형광 Zn2+프로브 CTMPA가 내인성 아연 이온의 인비보(in vivo) 검출을 위한 센서로서 고안될 수 있다(도 1). 하기에, CTMPA의 제조 및 이것의 인비보(in vivo) 응용을 탐구하는 연구의 결과가 설명된다. 이러한 노력으로 얻어진 관찰은 CTMPA가 Zn2+-유도된 큰 흡광 및 발광 파장 이동, 낮은 형광 배경, 및 생체 세포들 및 생물 내 내인성 Zn2+를 추적하게 하는 특유의 적용가능성을 포함하는 여러 가지의 유용한 특징이 있다는 것을 입증할 수 있다. Based on these criteria, Zn2+The fluorescent Zn expected to have a clear and reversible change in the π-electron field of the cyanine chromophore / fluorophore upon complexation of2+Probe CTMPA can be designed as a sensor for in vivo detection of endogenous zinc ions (FIG. 1). In the following, the results of a study exploring the manufacture of CTMPA and its in vivo application are described. Observations obtained with this effort indicate that CTMPA is Zn2+Induced large absorption and emission wavelength shift, low fluorescence background, and Living cells and endogenous Zn in living organisms2+It can be demonstrated that there are a number of useful features, including the specific applicability to track them.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 시아닌계 형광 프로브가 아연 이온(Zn2+) 검출용으로 사용되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. According to one embodiment of the present application, the cyanine-based fluorescent probe may be used for detecting zinc ions (Zn 2+ ), but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물이 아연 이온(Zn2+)과 반응하여 착물을 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하는 시아닌계 형광 프로브가 생체 내 내인성 아연 이온(Zn2+)을 검출하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present application, the compound represented by Chemical Formula 1 may be reacted with zinc ions (Zn 2+ ) to form a complex, but may not be limited thereto. For example, the cyanine-based fluorescent probe including the compound represented by Formula 1 may detect endogenous zinc ions (Zn 2+ ) in vivo, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 상기 Zn2+와 반응하여 최대 발광 파장에서 청색에서 적색으로 색변화가 나타나는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the compound represented by Chemical Formula 1 may be a color change from blue to red at the maximum emission wavelength in response to Zn 2+ , but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 상기 Zn2+와의 반응에 의해 발광 파장 및 흡광 파장에서 단파장 이동을 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present application, the compound represented by Chemical Formula 1 may represent short wavelength shift in the emission wavelength and the absorption wavelength by reaction with Zn 2+ , but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 상기 Zn2+와의 반응에 의해 최대 발광 파장에서, 약 730 nm에서 약 590 nm으로 단파장 이동이 나타나는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the compound represented by Chemical Formula 1 may exhibit short wavelength shift from about 730 nm to about 590 nm at the maximum emission wavelength by reaction with Zn 2+ , but may not be limited thereto. have.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물 (CTMPA) 내의 피리딘 및 메조-치환되는 질소가 상기 Zn2+과 반응하여 배위결합하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present application, pyridine and meso-substituted nitrogen in the compound represented by Chemical Formula 1 (CTMPA) may be coordinated by reacting with Zn 2+ , but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1로서 표시되는 화합물 (CTMPA)과 상기 Zn2+가 약 1 : 약 1의 비율로 복합체를 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, the compound represented by Formula 1 (CTMPA) and the Zn 2+ may be to form a complex in a ratio of about 1: about 1, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 시아닌계 형광 프로브가 생체 내 내인성 아연 이온(Zn2+)을 검출할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present application, the cyanine-based fluorescent probe may detect endogenous zinc ions (Zn 2+ ) in vivo, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 시아닌계 형광 프로브가 아연 이온을 nM 범위 내에서 검출할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 시아닌계 형광 프로브는, 예를 들어, 약 0.1 nM 내지 약 1,000 nM, 약 0.1 nM 내지 약 500 nM, 약 0.1 nM 내지 약 100 nM, 약 0.1 nM 내지 약 80 nM, 약 0.1 nM 내지 약 50 nM, 약 0.1 nM 내지 약 30 nM, 약 0.1 nM 내지 약 10 nM, 약 0.1 nM 내지 약 5 nM, 약 0.1 nM 내지 약 1 nM, 약 1 nM 내지 약 1,000 nM, 약 1 nM 내지 약 500 nM, 약 1 nM 내지 약 100 nM, 약 1 nM 내지 약 80 nM, 약 1 nM 내지 약 50 nM, 약 1 nM 내지 약 30 nM, 약 1 nM 내지 약 10 nM, 약 1 nM 내지 약 5 nM, 약 5 nM 내지 약 1,000 nM, 약 5 nM 내지 약 500 nM, 약 5 nM 내지 약 100 nM, 약 5 nM 내지 약 80 nM, 약 5 nM 내지 약 50 nM, 약 5 nM 내지 약 30 nM, 약 5 nM 내지 약 10 nM, 약 10 nM 내지 약 1,000 nM, 약 10 nM 내지 약 500 nM, 약 10 nM 내지 약 100 nM, 약 10 nM 내지 약 80 nM, 약 10 nM 내지 약 50 nM, 약 10 nM 내지 약 30 nM, 약 30 nM 내지 약 1,000 nM, 약 30 nM 내지 약 500 nM, 약 30 nM 내지 약 100 nM, 약 30 nM 내지 약 80 nM, 약 30 nM 내지 약 50 nM, 약 50 nM 내지 약 1,000 nM, 약 50 nM 내지 약 500 nM, 약 50 nM 내지 약 100 nM, 약 50 nM 내지 약 80 nM, 약 80 nM 내지 약 1,000 nM, 약 80 nM 내지 약 500 nM, 약 80 nM 내지 약 100 nM, 약 100 nM 내지 약 1,000 nM, 약 100 nM 내지 약 500 nM, 또는 약 500 nM 내지 약 1,000 nM의 아연 이온을 검출할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present application, the cyanine-based fluorescent probe may detect zinc ions within the nM range, but may not be limited thereto. The cyanine-based fluorescent probe may be, for example, about 0.1 nM to about 1,000 nM, about 0.1 nM to about 500 nM, about 0.1 nM to about 100 nM, about 0.1 nM to about 80 nM, about 0.1 nM to about 50 nM , About 0.1 nM to about 30 nM, about 0.1 nM to about 10 nM, about 0.1 nM to about 5 nM, about 0.1 nM to about 1 nM, about 1 nM to about 1,000 nM, about 1 nM to about 500 nM, about 1 nM to about 100 nM, about 1 nM to about 80 nM, about 1 nM to about 50 nM, about 1 nM to about 30 nM, about 1 nM to about 10 nM, about 1 nM to about 5 nM, about 5 nM To about 1,000 nM, about 5 nM to about 500 nM, about 5 nM to about 100 nM, about 5 nM to about 80 nM, about 5 nM to about 50 nM, about 5 nM to about 30 nM, about 5 nM to about 10 nM, about 10 nM to about 1,000 nM, about 10 nM to about 500 nM, about 10 nM to about 100 nM, about 10 nM to about 80 nM, about 10 nM to about 50 nM, about 10 nM to about 30 nM , About 30 nM to about 1,000 nM, about 30 nM to about 500 nM, about 30 nM to about 100 nM, about 30 nM to about 80 nM, about 30 nM to about 50 nM, about 50 nM to about 1,000 nM, about 50 nM to about 500 nM, about 50 nM to about 100 nM, about 50 nM to about 80 nM, about 80 nM Detects zinc ions from about 1,000 nM, about 80 nM to about 500 nM, about 80 nM to about 100 nM, about 100 nM to about 1,000 nM, about 100 nM to about 500 nM, or about 500 nM to about 1,000 nM It may be, but may not be limited thereto.
본원의 제 2 측면은, 상기 시아닌계 형광 프로브를 이용하는, 생체 내 아연 이온 검출방법을 제공할 수 있다. The second aspect of the present application can provide a method for detecting zinc ions in vivo using the cyanine-based fluorescent probe.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 검출방법은 생체 내 내인성 아연 이온의 분포를 이미지화할 수 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, the detection method may be one capable of imaging the distribution of endogenous zinc ions in vivo, but may not be limited thereto.
본원의 제 3 측면은, 하기 화학식 2로서 표시되는 TMPA를 염화 트리카르보시아닌과 반응시키는 것을 포함하는, 시아닌계 형광 프로브의 제조방법을 제공할 수 있다:According to a third aspect of the present disclosure, a method of preparing a cyanine-based fluorescent probe, which includes reacting TMPA represented by the following Chemical Formula 2 with tricarbocyanine chloride, may be:
[화학식 2][Formula 2]
Figure PCTKR2013006288-appb-I000005
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본원의 일 구현예에 따르면, 상기 TMPA와 상기 염화 트리카르보시아닌은 아르곤 분위기 하에서 약 70℃ 내지 약 100℃에서 가열하여 반응시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present application, the TMPA and the tricarbocyanide chloride may be reacted by heating at about 70 ° C. to about 100 ° C. under an argon atmosphere, but may not be limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 시아닌계 형광 프로브를 정제시키는 것을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present application, it may further include purifying the cyanine-based fluorescent probe, but may not be limited thereto.
본원의 제 4 측면은, 상기 시아닌계 형광 프로브를 포함하는 형광 센서를 제공할 수 있다.The fourth aspect of the present application can provide a fluorescent sensor including the cyanine-based fluorescent probe.
본원의 제 5 측면은, 하기 화학식 1로서 표시되는 시아닌계 화합물을 제공할 수 있다:The fifth aspect of the present application can provide a cyanine compound represented by the following Chemical Formula 1:
[화학식 1][Formula 1]
Figure PCTKR2013006288-appb-I000006
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Figure PCTKR2013006288-appb-I000006
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본원의 제 2 측면 내지 제 5 측면은 각각 본원의 제 1 측면에 따른 시아닌계 형광 프로브를 이용하는, 생체 내 아연 이온 검출방법, 본원의 제 1 측면에 따른 시아닌계 형광 프로브의 제조방법, 상기 시아닌계 형광 프로브를 포함하는 형광 센서, 및 상기 화학식 1로서 표시되는 시아닌계 화합물에 관한 것으로서, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 2 측면 내지 제 5 측면 각각에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.The second to fifth aspects of the present application, respectively, using the cyanine-based fluorescent probe according to the first aspect of the present invention, zinc ion detection method in vivo, a method for producing a cyanine-based fluorescent probe according to the first aspect of the present application, the cyanine-based A fluorescent sensor including a fluorescent probe, and a cyanine compound represented by Chemical Formula 1, and detailed descriptions of portions overlapping with the first aspect of the present disclosure are omitted, but the descriptions of the first aspect of the present disclosure The same may be applied to each of the second to fifth aspects of the present disclosure even if the description thereof is omitted.
이하, 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the embodiment and the drawings will be described in detail. However, the present application is not limited to these examples and drawings.
[실시예] EXAMPLE
실시예 1: 시아닌계 형 프로브 유도체 및 제조Example 1 Cyanine-Based Probe Derivatives and Preparation
물질 및 방법 Substances and Methods
별다른 언급이 없는 한, 물질들은 Aldrich의 제품을 사용하였고, 추가적 정제 없이 사용되었다. 1H NMR 및 13C NMR 스펙트럼은 Bruker AM-300분광계를 사용하여 내부 표준물질로서 테트라메틸실란(TMS)을 포함하는 CDCl3 용액 상에서 측정되었다. 질량 스펙트럼은 JMS-HX 110A/110A Tandem 질량 분석기(JEOL)를 사용하여 획득하였다. UV-VIS 스펙트럼은 25℃에서 Scinco 3000 분광광도계 (1 cm 석영셀)를 사용하여 획득하였다. 형광 스펙트럼은 25℃에서 RF-5301/PC (Shimada) 형광 분광광도계 (1 cm 석영셀)상에서 기록되었다. 탈이온수는 모든 수성 용액을 제조하기 위하여 사용되었다. Unless stated otherwise, the materials used were from Aldrich and were used without further purification. 1 H NMR and 13 C NMR spectra were measured on a CDCl 3 solution containing tetramethylsilane (TMS) as internal standard using Bruker AM-300 spectrometer. Mass spectra were acquired using a JMS-HX 110A / 110A Tandem mass spectrometer (JEOL). UV-VIS spectra were acquired using a Scinco 3000 spectrophotometer (1 cm quartz cell) at 25 ° C. Fluorescence spectra were recorded on an RF-5301 / PC (Shimada) fluorescence spectrophotometer (1 cm quartz cell) at 25 ° C. Deionized water was used to prepare all aqueous solutions.
TMPCl를 비롯한 CTMPA의 합성을 위한 전구체 합성Precursor synthesis for the synthesis of CTMPA including TMPCl
Figure PCTKR2013006288-appb-I000007
Figure PCTKR2013006288-appb-I000007
티오닐 클로라이드 (15 mL)를 30 분에 걸쳐 0℃에서 추가 깔때기를 통하여 2,6-비스(하이드록시메틸)피리딘 (2.0 g, 14.4 mmol)에 첨가시켰다. 실온에서 따뜻하게 한 후, 상기 반응 혼합물은 5 시간 동안 열처리하여 환류시켰고, 그리고 나서 실온으로 냉각시켰다. 톨루엔 (20 mL)이 백색 고체를 침전시키기 위하여 상기 혼합물에 천천히 첨가되었다. 상기 여과된 염산염이 200 mL 물 중에 용해되었고, 고체 Na2CO3은 pH 7에 도달할 때까지 천천히 상기 용액에 첨가되었다. 백색 고체를 침전시켜, 여과시키고, 물을 이용하여 반복적으로 세척시켰다. 상기 미정제 생성물을 석유 에테르로부터 재결정화시켜서, 무색 바늘형 (needle)으로서 생성물이 제공되었다: 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δ 7.78 (t, J = 7.5 Hz, 2 H, 피리딘-H), 7.46 (d, J = 7.8 Hz, 2 H, 피리딘-H), 4.67 (s, 4 H, Py-CH 2-).Thionyl chloride (15 mL) was added to 2,6-bis (hydroxymethyl) pyridine (2.0 g, 14.4 mmol) through an additional funnel at 0 ° C. over 30 minutes. After warming at room temperature, the reaction mixture was heated to reflux for 5 hours and then cooled to room temperature. Toluene (20 mL) was added slowly to the mixture to precipitate a white solid. The filtered hydrochloride was dissolved in 200 mL water and solid Na 2 CO 3 was slowly added to the solution until pH 7 was reached. The white solid was precipitated out, filtered and washed repeatedly with water. The crude product was recrystallized from petroleum ether to give the product as a colorless needle: 1 H NMR (CDCl 3 , 300 MHz) δ 7.78 (t, J = 7.5 Hz, 2H, pyridine-H ), 7.46 (d, J = 7.8 Hz, 2H, pyridine-H), 4.67 (s, 4H, Py-C H 2- ).
Figure PCTKR2013006288-appb-I000008
Figure PCTKR2013006288-appb-I000008
CH3CN 30 mL 중 2,6-비스(클로로메틸)피리딘 (1.25 g, 0.71 mmol)의 용액에 프탈이미드 및 K2CO3 (1.32 g, 0.71 mmol)를 첨가시켰다. 상기 반응 혼합물은 열처리되어 밤새 환류시키고, 그리고 나서 실온에서 냉각시켰다. 상기 혼합물은 여과시키고, 감압 하에 농축시켜 백색 고체가 제공되었다. 상기 미정제 생성물은 에틸 아세테이트/헥산 1 : 1 (v/v)을 이용하여 용출되는 실리카 겔 상에 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의하여 정제되어 백색, 바늘형 결정 생성물이 제공되었다 (0.85 g, 51% 수율): 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 4.59 (s, 2 H, CH 2Cl), 5.02 (s, 2 H, -CH 2-프탈), 7.17 (d, J = 7.5 Hz, 1 H), 7.38 (d, J = 7.5 Hz, 1 H), 7.67 (t, J = 7.5 Hz, 1 H), 7.74-7.77 (m, 2 H), 7.88-7.91 (m, 2 H)(도 17a 참조). To a solution of 2,6-bis (chloromethyl) pyridine (1.25 g, 0.71 mmol) in 30 mL of CH 3 CN was added phthalimide and K 2 CO 3 (1.32 g, 0.71 mmol). The reaction mixture was heat treated to reflux overnight and then cooled at room temperature. The mixture was filtered and concentrated under reduced pressure to give a white solid. The crude product was purified by flash column chromatography on silica gel eluting with ethyl acetate / hexanes 1: 1 (v / v) to give a white, needle-like crystal product (0.85 g, 51% yield). ): 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 4.59 (s, 2 H, C H 2 Cl), 5.02 (s, 2 H, -C H 2 -phthal), 7.17 (d, J = 7.5 Hz, 1 H), 7.38 (d, J = 7.5 Hz, 1 H), 7.67 (t, J = 7.5 Hz, 1 H), 7.74-7.77 (m, 2H), 7.88-7.91 (m, 2H) ( See FIG. 17A).
Figure PCTKR2013006288-appb-I000009
Figure PCTKR2013006288-appb-I000009
비스(2-피코릴)아민 (0.62 g, 3.11 mmol) 및 TMPCl (0.8 g, 2.82 mmol)을 CH3CN 30 mL 중에 용해시켰다. 칼륨 카보네이트 (0.83 g, 6.01 mmol)를 상기 혼합물에 첨가시켰고, 그리고 상기 반응 혼합물을 12 시간 동안 열처리하여 환류시켰다. 상기 미정제 생성물은 CH2C12/CH3OH (15:1, v/v)를 이용하여 용출되는 실리카 겔 상에 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의하여 정제되어 노란색-백색의 고체 (1.1 g, 86% 수율)가 제공되었다: 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 3.76 (s, 2 H, CH 2), 3.82 (s, 4 H, 2CH 2) 5.00 (s, 2 H, CH 2-프탈), 7.08-7.13 (m, 3 H), 7.40 (d, J = 7.5 Hz, 1 H), 7.51 (d, J = 7.5 Hz, 2 H), 7.59 (t, J = 7.5 Hz, 3 H), 7.71-7.74 (m, 2 H), 7.86-7.89 (m, 2 H), 8.49 (d, 2 H, 피리딘-H)(도 17b 참조).Bis (2-phycoyl) amine (0.62 g, 3.11 mmol) and TMPCl (0.8 g, 2.82 mmol) were dissolved in 30 mL of CH 3 CN. Potassium carbonate (0.83 g, 6.01 mmol) was added to the mixture, and the reaction mixture was heated to reflux for 12 hours. The crude product was purified by flash column chromatography on silica gel eluting with CH 2 C1 2 / CH 3 OH (15: 1, v / v) to give a yellow-white solid (1.1 g, 86% Yield) was provided: 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 3.76 (s, 2 H, C H 2 ), 3.82 (s, 4 H, 2C H 2 ) 5.00 (s, 2 H, C H 2 Phthal), 7.08-7.13 (m, 3H), 7.40 (d, J = 7.5 Hz, 1H), 7.51 (d, J = 7.5 Hz, 2H), 7.59 (t, J = 7.5 Hz, 3 H), 7.71-7.74 (m, 2H), 7.86-7.89 (m, 2H), 8.49 (d, 2H, pyridine-H) (see FIG. 17B).
TMPA의 합성Synthesis of TMPA
메탄올 20 mL 중 TMPP (0.85 g, 1.89 mmol)의 교반시킨 용액에, 히드라진 수화물 (1.0 g, 20.0 mmol)을 첨가시키고, 밤새 열처리하여 환류(reflux)시켰다. 상기 용매는 감압 하에 제거되어 백색 고체를 획득했다. 상기 백색 고체를 CHCl3에 용해시키고, 1 M NaOH 200 mL를 상기 용액에 첨가하였다. 상기 유기층이 분리되었고, Na2SO4상에서 건조시켰으며, 여과시켰고, 감압 하에 농축시켰다. 상기 미정제(crude) 생성물(오렌지 레드)은 CH2Cl2/CH3OH(10:1, v/v)을 이용하여 용출시킴으로써 실리카 겔 상에 플래쉬 컬럼 크로마토그래피를 실시하여 노란색-적색 고체 생성물(0.55 g, 91% 수율)이 제공되었다: 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 1.84 (br, 2 H, NH2) 3.88 (s, 2 H, CH2), 3.90 (s, 4 H, CH2), 3.94 (s, 2 H, CH2), 7.11-7.17 (m, 3 H), 7.45 (d, J = 7.5 Hz, 1H), 7.59-7.69 (m, 5 H), 8.54 (d, 2 H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 47.5, 60.1, 60.1, 119.3, 120.8, 121.9, 122.8, 136.4, 136.9, 149.0, 158.7, 159.4; ESI-MS [C19H21N5+H+] 계산치 320.1875, 측정치 320.1875(도 17c 내지 도 17e 참조). To a stirred solution of TMPP (0.85 g, 1.89 mmol) in 20 mL methanol, hydrazine hydrate (1.0 g, 20.0 mmol) was added and heat treated overnight to reflux. The solvent was removed under reduced pressure to give a white solid. The white solid was dissolved in CHCl 3 and 200 mL of 1 M NaOH was added to the solution. The organic layer was separated, dried over Na 2 SO 4 , filtered and concentrated under reduced pressure. The crude product (orange red) was subjected to flash column chromatography on silica gel by eluting with CH 2 Cl 2 / CH 3 OH (10: 1, v / v) to give a yellow-red solid product. (0.55 g, 91% yield) was provided: 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 1.84 (br, 2 H, NH 2 ) 3.88 (s, 2 H, CH 2 ), 3.90 (s, 4 H , CH 2 ), 3.94 (s, 2H, CH 2 ), 7.11-7.17 (m, 3H), 7.45 (d, J = 7.5 Hz, 1H), 7.59-7.69 (m, 5H), 8.54 ( d, 2 H); 13 C NMR (75 MHz, CDCl 3 ) δ 47.5, 60.1, 60.1, 119.3, 120.8, 121.9, 122.8, 136.4, 136.9, 149.0, 158.7, 159.4; ESI-MS [C 19 H 21 N 5 + H + ] calculated 320.1875, measured 320.1875 (see FIGS. 17C-17E).
CTMPA의 합성 Synthesis of CTMPA
IR-780 (0.25 g, 0.38 mmol)의 용액 및 무수 DMF (15 mL) 중 TMPA (0.12 g, 0.40 mmol)은 아르곤 분위기 하에 10 시간 동안 80℃ 내지 90℃에서 열처리 되었다. 상기 용매는 감압 하에 제거되었고, 상기 미정제 생성물은 실리카 겔 상에 플래쉬 컬럼 크로마토그래피에 의하여 정제된 후 CH2C12/MeOH (40:1)을 이용하여 용출시킴으로써 진한 청색 고체 (120 mg, 32%)로서 원하는 생성물이 제공되었다: 1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 1.05 (t, J = 7.5 Hz, 6 H, NH(CH2)2CH 3 ), 1.55 (s, 12 H, -CH3), 1.80-1.87 (m, 6 H, NHCH 2 CH 2 CH3 ,및 시클로헥실 H), 2.55 (t, J = 6.0 Hz, 4 H, 시클로헥실 H), 3.84 (t, J = 7.2 Hz, 4 H, NHCH 2 CH2CH3), 3.90 (s, 4 H, 피리딘-CH 2-), 3.94 (s, 2 H, 피리딘-CH 2-), 5.06 (s, 2 H, 피리딘-CH 2-), 5.73 (d, J = 12.6 Hz, 2 H, 알켄-H), 6.90 (d, J = 7.8 Hz, 2 H, Ph-H), 7.09 (t, J = 7.5 Hz, 2 H, 피리딘-H), 7.24 (d, J = 7.8 Hz, 2 H, Ph-H), 7.29 (t, J = 7.5 Hz, 2 H, Ph-H), 7.43 (d, J = 7.8 Hz, 1 H, 피리딘-H), 7.61 (d, J = 7.8 Hz, 2 H, Ph-H), 7.72 (d, J = 12.6 Hz, 2 H, 알켄-H), 7.68-7.74 (m, 4 H, 피리딘-H), 7.84 (t, J = 7.8 Hz, 2 H, 피리딘-H), 8.16 (br, -NH-), 8.52 (d, J = 3.6 Hz, 2 H, 피리딘-H); 1H NMR (300 MHz, CD3CN) δ 0.99 (t, J = 7.5 Hz, 6 H, NH(CH2)2CH 3 ), 1.45 (s, 12 H, -CH3), 1.74-1.82 (m, 6 H, NHCH 2 CH 2 CH3 및 시클로헥실 H), 2.55 (t, J = 6.0 Hz, 4 H, 시클로헥실 H), 3.87-3.86 (m, 10 H, NHCH 2 CH2CH3, 4 H 및 피리딘-CH 2-, 6 H), 4.93 (d, J = 5.4 Hz, 2 H, 피리딘-CH 2-), 5.80 (d, J = 13.2 Hz, 2 H, 알켄-H), 7.04-7.13 (m, 4 H, Ph-H), 7.15-7.20 (m, 2 H, 피리딘-H), 7.27-7.35 (m, 4 H, Ph-H), 7.60-7.73 (m, 6 H, 피리딘-H), 7.70 (t, J = 13.2 Hz, 2 H, 알켄 -H), 7.83 (t, J = 7.5 Hz, 1 H, 피리딘-H), 8.47 (d×m, J = 4.8 Hz, 2 H, 피리딘-H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 11.9, 20.1, 21.6, 25.8, 29.3, 45.7, 47.7, 53.5, 60.6, 67.8, 94.8, 108.6, 120.4, 122.1, 122.8, 122.9, 123.0, 128.1, 136.9, 137.9, 138.3, 139.8, 143.1, 148.9, 167.6, 168.6; FAB-MS [C55H64IN7-I]+ 계산치 822.5223, 측정치 822.5227(도 17f 내지 도 17h 참조).A solution of IR-780 (0.25 g, 0.38 mmol) and TMPA (0.12 g, 0.40 mmol) in anhydrous DMF (15 mL) were heat treated at 80 ° C. to 90 ° C. for 10 hours under argon atmosphere. The solvent was removed under reduced pressure and the crude product was purified by flash column chromatography on silica gel and then eluted with CH 2 C1 2 / MeOH (40: 1) to give a dark blue solid (120 mg, 32 %) Provided the desired product: 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 1.05 (t, J = 7.5 Hz, 6 H, NH (CH 2 ) 2 C H 3 ), 1.55 (s, 12 H, -CH 3 ), 1.80-1.87 (m, 6H, NHCH 2 C H 2 CH 3, and cyclohexyl H ), 2.55 (t, J = 6.0 Hz, 4 H, cyclohexyl H ), 3.84 (t, J = 7.2 Hz, 4H, NHC H 2 CH 2 CH 3 ), 3.90 (s, 4H, pyridine-C H 2- ), 3.94 (s, 2H, pyridine-C H 2- ), 5.06 (s, 2 H, pyridine-C H 2- ), 5.73 (d, J = 12.6 Hz, 2 H, alkene-H), 6.90 (d, J = 7.8 Hz, 2 H, Ph-H), 7.09 (t, J = 7.5 Hz, 2 H, pyridine-H), 7.24 (d, J = 7.8 Hz, 2 H, Ph-H), 7.29 (t, J = 7.5 Hz, 2 H, Ph-H), 7.43 (d, J = 7.8 Hz, 1 H, pyridine-H), 7.61 (d, J = 7.8 Hz, 2 H, Ph-H), 7.72 (d, J = 12.6 Hz, 2 H, alkene-H), 7.68-7.74 (m, 4H, pyridine-H), 7.84 (t, J = 7.8 Hz, 2 H, pyridine-H), 8.16 (br, -NH-), 8.52 (d, J = 3.6 Hz, 2 H, pyridine-H); 1 H NMR (300 MHz, CD 3 CN) δ 0.99 (t, J = 7.5 Hz, 6 H, NH (CH 2 ) 2 C H 3 ), 1.45 (s, 12 H, -CH 3 ), 1.74-1.82 (m, 6H, NHCH 2 C H 2 CH 3 and cyclohexyl H ), 2.55 (t, J = 6.0 Hz, 4 H, cyclohexyl H ), 3.87-3.86 (m, 10 H, NHC H 2 CH 2 CH 3 , 4 H and pyridine-C H 2- , 6 H), 4.93 (d, J = 5.4 Hz, 2 H, pyridine-C H 2- ), 5.80 (d, J = 13.2 Hz, 2 H, alkene -H), 7.04-7.13 (m, 4H, Ph-H), 7.15-7.20 (m, 2H, pyridine-H), 7.27-7.35 (m, 4H, Ph-H), 7.60-7.73 ( m, 6H, pyridine-H), 7.70 (t, J = 13.2 Hz, 2H, alkene -H), 7.83 (t, J = 7.5 Hz, 1H, pyridine-H), 8.47 (d × m, J = 4.8 Hz, 2 H, pyridine-H); 13 C NMR (75 MHz, CDCl 3 ) δ 11.9, 20.1, 21.6, 25.8, 29.3, 45.7, 47.7, 53.5, 60.6, 67.8, 94.8, 108.6, 120.4, 122.1, 122.8, 122.9, 123.0, 128.1, 136.9, 137.9 , 138.3, 139.8, 143.1, 148.9, 167.6, 168.6; FAB-MS [C 55 H 64 IN 7 -I] + calc. 822.5223, found 822.5227 (see FIGS. 17F-17H).
상기 CTMPA-ZnCTMPA-Zn 2+2+ 복합체의 겉보기 해리 상수의 결정 Determination of the apparent dissociation constant of the complex
형광 분광계는 하기의 방정식을 사용함으로써 계산되는 겉보기 해리 상수(K d )를 결정하는 데 사용되었고; The fluorescence spectrometer was used to determine the apparent dissociation constant ( K d ) calculated by using the following equation;
Figure PCTKR2013006288-appb-I000010
Figure PCTKR2013006288-appb-I000010
여기서, R은 두 개의 파장에서의 흡광 비율 또는 형광 강도 비율이며, R max는 최대 비율이고, R 0는 Zn2+의 미첨가 시의 비율이고, [M2+]free는 유리 Zn2+의 농도이다. 유리 Zn2+의 농도는 금속 이온 완충액[나이트릴로트라이아세트산(10 mM), logK (ZnNTA) = 10.66 (20℃, 0.1 M KNO3)]을 사용함으로써 조절되었다. Where R is the absorption ratio or fluorescence intensity ratio at two wavelengths, R max is the maximum ratio, R 0 is the ratio without addition of Zn 2+ , and [M 2+ ] free is the ratio of free Zn 2+ Concentration. The concentration of free Zn 2+ was controlled by using metal ion buffer [nitrilotriacetic acid (10 mM), log K (ZnNTA) = 10.66 (20 ° C., 0.1 M KNO 3 )].
실시예 2: 생체 세포 및 생물 내 아연 이온 검출Example 2: Detection of zinc ions in living cells and organisms
세포 배양 Cell culture
C2C12 세포(마우스 근원세포 세포주) 및 NIH3T3 세포(마우스 배아 섬유아세포 세포주)는 American Type Culture Collection(Manassas, VA)으로부터 얻었고, 배양 배지 [10% 우태아혈청(fetal bovine serum, FBS), 페니실린 50 units/mL 및 스트렙토마이신 50 ㎍/mL이 첨가된 Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM)] 내에서 유지되었다. C2C12 cells (mouse myoblast cell line) and NIH3T3 cells (mouse embryonic fibroblast cell line) were obtained from American Type Culture Collection (Manassas, VA) and culture medium [10% fetal bovine serum (FBS), penicillin 50 units / mL and 50 μg / mL of streptomycin were maintained in Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM).
CTMPA를 이용한 살아있는 세포의 형광 검출Fluorescence Detection of Living Cells Using CTMPA
배양 배지 내 웰 당 1 x 104 개 세포의 밀도로 24-웰 플레이트 내에 C2C12 세포 및 NIH3T3 세포를 부착시켰다(seed). 24 시간 후에, 세포는 0.1% (v/v) DMSO 를 함유하는 배양 배지에서 37℃에서 1 시간 동안 2 μM CTMPA에 의해 처리되었다. DPBS (Dulbecco's phosphate buffered saline, 칼슘과 마그네슘 미첨가)를 이용하여 두 번 세척한 후, 상기 남아있는 프로브를 제거하기 위하여 세포는 0.5 시간 동안 37℃에서 ZnCl2/소듐 피리치온 용액 2 μM 포함하는 DPBS를 이용하여 추가로 처리되었다. 세척 없이, 세포는 0.5 시간 동안 50 μM TPEN을 이용하여 추가로 처리되었다. 상기 처리된 세포는 공초점 현미경(LSM 510 META, Carl Zeiss, Germany, λex = 543 nm)에 의하여 이미지화되었다. C2C12 cells and NIH3T3 cells were seeded in 24-well plates at a density of 1 × 10 4 cells per well in culture medium. After 24 hours, cells were treated with 2 μM CTMPA for 1 hour at 37 ° C. in culture medium containing 0.1% (v / v) DMSO. After washing twice with DPBS (Dulbecco's phosphate buffered saline (without calcium and magnesium)), to remove the remaining probes, cells contained 2 μM ZnCl 2 / sodium pyrithione solution at 37 ° C. for 0.5 hour. It was further processed using DPBS. Without washing, cells were further treated with 50 μM TPEN for 0.5 h. The treated cells were imaged by confocal microscopy (LSM 510 META, Carl Zeiss, Germany, λ ex = 543 nm).
CTMPA를 이용한 사멸세포(Apoptotic Cells)의 이미지화Imaging of Apoptotic Cells Using CTMPA
C2C12 세포 및 NIH3T3 세포를 배양 배지 내 웰 당 1 x 104 개 세포의 밀도로 24-웰 플레이트 내에서 부착시켰다. 24 시간 후에, 세포는 37℃에서 250 μM H2O2 존재 하에 1 시간 동안 인큐베이션되었다. 6 시간 후에, 세포는 1 시간 동안 37℃에서 2 μM CTMPA를 이용하여 처리되었다. DPBS (Dulbecco's phosphate buffered saline)를 이용하여 두 번 세척한 후, 세포들을 공초점 현미경에 의하여 이미지화하였다. TPEN 실험을 위하여, 6 시간 동안 250 μM H2O2 존재 하에 처리된 세포들은 0.5 시간 동안 37℃에서 50 μM TPEN을 이용하여 인큐베이션되었다. 상기 남아있는 TPEN을 제거하기 위하여 DPBS를 이용하여 두 번 세척한 후, 세포들은 1 시간 동안 37℃에서 2 μM CTMPA를 이용하여 처리되었다. 상기 처리된 세포들은 세척된 후, 공초점 현미경에 의하여 이미지화되었다.C2C12 cells and NIH3T3 cells were attached in 24-well plates at a density of 1 × 10 4 cells per well in culture medium. After 24 hours, cells were incubated at 37 ° C. for 1 hour in the presence of 250 μM H 2 O 2 . After 6 hours, cells were treated with 2 μM CTMPA at 37 ° C. for 1 hour. After washing twice with Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS), cells were imaged by confocal microscopy. For TPEN experiments, cells treated in the presence of 250 μM H 2 O 2 for 6 hours were incubated with 50 μM TPEN at 37 ° C. for 0.5 hours. After washing twice with DPBS to remove the remaining TPEN, cells were treated with 2 μM CTMPA at 37 ° C. for 1 hour. The treated cells were washed and imaged by confocal microscopy.
제브라피쉬 내 아연 이온의 분포 추적Tracking Distribution of Zinc Ions in Zebrafish
제브라피쉬를 28℃로 유지시키고, 최적의 생식 조건을 유지했다. 교배를 위하여, 암 및 수 제브라피쉬를 28℃에서 12시간/12시간 명암주기로 한 탱크 내에 유지시켰고, 다음으로 아침에 광자극을 제공함으로써 산란을 유도하였다. 거의 모든 알들이 즉시 수정되었다. 제브라피쉬의 모든 단계를 E3 배아 배지(15 mM NaCl, 0.5 mM KCl, 1 mM MgSO4, 1 mM CaCl2, 0.15 mM KH2PO4, 0.05 mM Na2HPO4, 0.7 mM NaHCO3, 5% 내지 10% 메틸렌 블루; pH 7.5)에서 유지시켰다. 수정 후 24 시간, 36 시간, 48 시간, 72 시간, 및 96 시간이 경과된 제브라피쉬 배아들은 28℃에서 CTMPA가 2 μM 함유된 0.1% (v/v) DMSO를 함유하는 E3 배지 내에서 1 시간 동안 인큐베이션되었다. TPEN 실험을 위하여, 제브라피쉬는 1 시간 동안 28℃에서 E3 배지 내에서 100 μM TPEN에 노출시켜, 제브라피쉬 내 무손상 아연 이온을 제거시켰다. 상기 남아있는 TPEN을 제거하기 위하여 E3 배지를 이용하여 세척한 후, 상기 제브라피쉬는 1 시간 동안 28℃에서 CTMPA를 2 μM 함유하는 E3 배지 내에서 인큐베이션되었다. 상기 처리된 제브라피쉬들은 세척된 뒤, 공초점 현미경에 의하여 이미지화되었다.The zebrafish was kept at 28 ° C. and optimal reproductive conditions were maintained. For mating, the male and female zebrafish were kept in a tank at 28 ° C. with a 12 hour / 12 hour light cycle, and then scattering was induced by providing photostimulation in the morning. Nearly all eggs were fertilized immediately. All steps of zebrafish were performed in E3 embryo medium (15 mM NaCl, 0.5 mM KCl, 1 mM MgSO 4 , 1 mM CaCl 2 , 0.15 mM KH 2 PO 4 , 0.05 mM Na 2 HPO 4 , 0.7 mM NaHCO 3 , 5% to 10% methylene blue; pH 7.5). Zebrafish embryos 24, 36, 48, 72, and 96 hours after fertilization were subjected to 1 hour in E3 medium containing 0.1% (v / v) DMSO containing 2 μM CTMPA at 28 ° C. While incubated. For TPEN experiments, zebrafish was exposed to 100 μM TPEN in E3 medium at 28 ° C. for 1 hour to remove intact zinc ions in zebrafish. After washing with E3 medium to remove the remaining TPEN, the zebrafish was incubated in E3 medium containing 2 μM CTMPA at 28 ° C. for 1 hour. The treated zebrafish were washed and imaged by confocal microscopy.
CTMPA의 분광학적 성질에 대한 ZnZn on the Spectroscopic Properties of CTMPA 2+2+ 의 효과Effect
CTMPA의 TMPA 부위는 아연 배위결합 부위로서 기여하는 3 가지 피리미딘 그룹을 포함한다는 사실 때문에, CTMPA는 상기 증대된 Zn2+결합능을 가진다. TMPA 내에 1차 아민 부위는 상기 프로브 내 트리카르보시아닌의 폴리메틴 사슬의 중심부와 연결되고, 그 결과로서, Zn2+에 대한 배위결합이 π-전자계의 컨쥬게이션의 정도에 영향을 줄 것이다. 이러한 현상은 흡광 및 발광 스펙트럼에서 최대 파장의 관찰할 수 있는 이동의 결과를 가져온다. 이러한 이유에 근거하여, 상기 Zn2+-특이성 형광 프로브 CTMPA는 도 1에 도시화된 과정에 따라 제조되었다. 간단하게, TMPA는 2,6-디클로로메틸피리딘으로부터 22% 수율로 합성되었다. CTMPA는 DMF 중 염화된 트리카르보시아닌 IR-780와 TMPA를 반응시킴으로써 32% 수율로 제조되었다. Due to the fact that the TMPA site of CTMPA contains three pyrimidine groups that contribute as zinc coordination sites, CTMPA has this enhanced Zn 2+ binding capacity. The primary amine moiety in TMPA is linked to the center of the polymethine chain of tricarbocyanine in the probe, and as a result, the coordination to Zn 2+ will affect the degree of conjugation of the π-electron system. This phenomenon results in observable shifts of maximum wavelengths in the absorption and emission spectra. Based on this reason, the Zn 2+ -specific fluorescent probe CTMPA was prepared according to the procedure shown in FIG. 1. In brief, TMPA was synthesized from 2,6-dichloromethylpyridine in 22% yield. CTMPA was prepared in 32% yield by reacting tricarbocyanine IR-780 with chloride in DMF and TMPA.
Zn2+에 대한 반응(response)을 조사하기 위하여, 10% CH3CN을 포함하는 HEPES(4(2-hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid) 완충액(10 mM, pH = 7.4) 중 CTMPA의 용액이 Zn2+의 다양한 농도를 이용하여 적정되었다. 이와 관련하여, 도 2a 내지 도 2d는, 본 실시예에 따른 10% CH3CN를 포함하는 HEPES 완충액(10 mM, pH = 7.4) 중 Zn2+ (0 μM, 0.5 μM, 1.0 μM, 1.5 μM, 2.0 μM, 2.5 μM, 3.0 μM, 3.5 μM, 4.0 μM, 4.5 μM, 및 5.0 μM)를 이용하여 적정한 CTMPA (5.0 μM)의 흡광 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 CTMPA의 흡광 스펙트럼에서의 현저한 변화가 Zn2+의 첨가에 따라 발생하는 것이 관찰되었다. 청색부터 적색 발광으로의 상기 용액의 색깔의 변화와 관련해서 (도 2a의 삽도), Zn2+의 첨가는 약 560 nm에서 분명한 등흡광점(isosbestic point)의 유지와 함께(도 2a) 약 670 nm (ε= 8.4 × 104 M-1·cm-1)에서 CTMPA의 흡광 피크의 급격한(sharp) 감소 및 약 510 nm (ε= 3.0 ×104 M-1·cm-1)에서 중심이 되는 새로운 밴드의 증가를 초래한다. A 510nm/A 670nm 의 흡광비율이 Zn2+ : CTMPA의 약 1 : 약 1 비율까지 Zn2+농도의 함수로서 선형적으로 증가되는 것이 발견되었는데, 이것은 약 1 : 약 1 복합체의 형성을 나타낸다(도 2a의 삽도). 이러한 관찰은 CTMPA가 Zn2+농도의 측정을 위한 비색 센서(colorimetric sensor)로서 기여할 것임을 시사한다. To investigate the response to Zn 2+ , a solution of CTMPA in HEPES (4 (2-hydroxyethyl) piperazine-1-ethanesulfonic acid) buffer (10 mM, pH = 7.4) containing 10% CH 3 CN This was titrated using various concentrations of Zn 2+ . In this regard, FIGS. 2A-2D show Zn 2+ (0 μM, 0.5 μM, 1.0 μM, 1.5 μM in HEPES buffer (10 mM, pH = 7.4) containing 10% CH 3 CN according to this example. , 2.0 μM, 2.5 μM, 3.0 μM, 3.5 μM, 4.0 μM, 4.5 μM, and 5.0 μM) are used to show the absorption and emission spectra of the appropriate CTMPA (5.0 μM). As shown in FIG. 2, it was observed that a significant change in the absorption spectrum of CTMPA according to this example occurs with the addition of Zn 2+ . Regarding the color change of the solution from blue to red luminescence (inset in FIG. 2A), the addition of Zn 2+ was about 670 with the maintenance of an apparent isosbestic point at about 560 nm (FIG. 2A). sharp reduction of the absorption peak of CTMPA at nm (ε = 8.4 × 10 4 M −1 · cm −1 ) and centered at about 510 nm (ε = 3.0 × 10 4 M −1 · cm −1 ) Results in an increase in new bands. It was found that the absorption ratio of A 510 nm / A 670 nm increased linearly as a function of Zn 2+ concentration up to about 1: 1 ratio of Zn 2+ : CTMPA, indicating the formation of about 1: about 1 complex ( Inset of Figure 2a). This observation suggests that CTMPA will contribute as a colorimetric sensor for the measurement of Zn 2+ concentrations.
흥미롭게도, CTMPA의 발광 스펙트럼에 있어서 큰 단파장 이동이 또한 Zn2+의 존재 하에 발생하는 것이 관찰되었다. 특히, 이러한 금속 이온에 대한 반응에 있어서, 약 730 nm [약 670 nm에서 여기(excitation)]에서 CTMPA의 근적외선 발광 밴드의 강도는 감소하고(도 2b), 동시 증가가 약 585 nm [약 510 nm에서 여기(excitation)]의 발광 피크에서 발생한다(도 2c). 상기 흡광 적정 스펙트럼 내 등흡광점에 대응하는 파장 (약 560 nm)이 Zn2+농도에 따른 형광 강도 비율 I 590nm/I 730nm의 의존도를 측정함에 있어서 여기 파장으로서 선택되었다. 도 2d에서 나타낸 바와 같이, 상기 발광 스펙트럼에 있어서 약 730 nm에서 상기 근적외선 밴드는 약 590 nm에서 상기 밴드 내 급격한 증가에 따라 감소한다. 상기 관찰은 CTMPA의 특징적인 발광 밴드가 Zn2+와의 결합에 따른 큰 단파장 이동 (약 140 nm)이 진행됨을 입증한다. CTMPA-Zn2+ 복합체를 함유하는 용액에, 강한 Zn2+ 킬레이터(chelator)인 N,N,N',N'-테트라키스-(2-피리딜메틸) 에틸렌디아민 (N,N,N',N'-tetrakis-(2-pyridylmethyl) ethylenediamine, TPEN)의 첨가는 상기 프로브에 대한 Zn2+의 결합이 가역적인 것을 보여주는 고유색의 회복 및 CTMPA의 형광의 결과를 가져온다. 상기 I 590nm/I 730nm비율은 Zn2+의 1 당량이 첨가될 때까지 Zn2+농도에 대하여 선형적으로 대응하는 것이 확인되었다(도 2d의 삽도). 상기 조합된 결과는 CTMPA-Zn2+의 약 1 : 약 1의 복합체가 생성되고 I 590nm/I 730nmA 510nm/A 670nm의 비율이 in vitro Zn2+농도를 측정하는데 사용될 수 있음을 시사한다. 도 2는 10% CH3CN를 포함하는 HEPES 완충액(10 mM, pH = 7.4) 중 Zn2+ (0 μM, 0.5 μM, 1.0 μM, 1.5 μM, 2.0 μM, 2.5 μM, 3.0 μM, 3.5 μM, 4.0 μM, 4.5 μM, 및 5.0 μM)를 이용하여 적정한 CTMPA (5.0 μM)의 흡광 및 발광 스펙트럼이다: 도 2a는 흡광 스펙트럼[삽도는 Zn2+의 첨가 전 및 후에 Zn2+의 농도 및 색 변화의 함수로서 흡광의 비율 (A 510nm/A 670nm)을 나타냄]; 도 2b는 약 670 nm 이상 영역에서의 발광 스펙트럼(λex = 670 nm); 도 2c는 약 510 nm 이상 영역에서의 발광 스펙트럼(λex = 510 nm); 도 2d는 약 560 nm 이상 영역에서의 발광 스펙트럼(λex = 560 nm)임 [삽도는 Zn2+의 첨가 전 및 후에 Zn2+의 농도 및 형광 변화의 함수로서 형광 강도의 비율 (I 590 nm/I 730nm)을 나타냄]. Interestingly, large short wavelength shifts in the emission spectrum of CTMPA also result in Zn2+It was observed to occur in the presence of. In particular, in response to such metal ions, the intensity of the near-infrared emission band of CTMPA at about 730 nm (excitation at about 670 nm) decreases (FIG. 2B) and the simultaneous increase is about 585 nm [about 510 nm]. In the emission peak of (Fig. 2C). The wavelength (approximately 560 nm) corresponding to the iso-absorption point in the absorption spectra is Zn2+Fluorescence intensity ratio by concentrationI                 590 nmOfI                 730 nmIt was chosen as the excitation wavelength in measuring the dependence of. As shown in FIG. 2D, the near infrared band at about 730 nm in the emission spectrum decreases with a sharp increase in the band at about 590 nm. The observation is that the characteristic emission band of CTMPA is Zn2+It demonstrates that a large short wavelength shift (about 140 nm) proceeds with binding to. CTMPA-Zn2+ Zn strong in solution containing complex2+ChelatorN, N, N ', N'-Tetrakis- (2-pyridylmethyl) ethylenediamine (N, N, N ', N'-tetrakis- (2-pyridylmethyl) ethylenediamine, TPEN) added Zn to the probe2+Results in recovery of eigencolors and fluorescence of CTMPA, showing that the binding of is reversible. remindI                 590 nmOfI                 730 nmRatio is Zn2+Zn until 1 equivalent of2+A linear correspondence with concentration was confirmed (inset in FIG. 2D). The combined result is CTMPA-Zn2+Of about 1: a complex of about 1 is produced andI                 590 nmOfI                 730 nm AndA                 510nmOfA                 670 nmRatio of in vitro Zn2+It can be used to measure the concentration. 2 is 10% CH3Zn in HEPES buffer (10 mM, pH = 7.4) containing CN2+(0 μM, 0.5 μM, 1.0 μM, 1.5 μM, 2.0 μM, 2.5 μM, 3.0 μM, 3.5 μM, 4.0 μM, 4.5 μM, and 5.0 μM) and the absorption and emission spectra of the appropriate CTMPA (5.0 μM). Figure 2a shows an absorption spectrum [inset is Zn2+Before and after addition of Zn2+Ratio of absorbance as a function of the concentration and color change ofA                 510nmOfA                 670 nm); 2B shows the emission spectrum (λ) in the region of about 670 nm or more.ex = 670 nm); 2c shows the emission spectrum in the region of about 510 nm or more (λ)ex = 510 nm); 2D shows the emission spectrum (λ) in the region of about 560 nm or more.ex = 560 nm) (inset is Zn2+Before and after addition of Zn2+Ratio of fluorescence intensity as a function of concentration and fluorescence change of (I                 590 nmOfI                 730 nm)).
CTMPA 의 ZnZn of CTMPA 2+2+ 결합 거동 Coupling behavior
종래 연구에서 얻어진 관찰은 전자 주게(electron-donating) 또는 받게(accepting) 메조-치환기가 폴리메틴 염료의 흡수 분광 특성에 대한 효과를 가지나, 이들 치환기가 최대 발광을 현저하게 변화시키지 않음을 의미한다. 실제로, 금속 이온을 위한 상기 언급된 시아닌계 형광 센서는 단지 발광 강도의 증가 및 감소를 나타내지만, 최대 발광 파장에서 약간 또는 거의 이동이 나타나지 않는다. 최근에, 시아닌계 비율계량 Zn2+형광 프로브가 개시되었는데, 이것은 최대 흡광에서 약간의 Zn2+-촉진된 적색 이동(약 44 nm)을 나타내고, 발광 파장을 나타내지 않았다. 그러나 대조적으로 Zn2+는 CTMPA의 최대 흡광 및 발광 양쪽 모두에서 큰 단파장 이동을 촉진한다(도 2a 내지 도 2d 참조). 메조 치환기의 전자 주게 또는 받게 특성의 단순한 변형보다 다른 요소가 상기 CTMPA-Zn2+ 복합체의 발광 특성에 원인이 되는 것으로 보인다. CTMPA와 Zn2+의 결합에 의해 일어나는 큰 발광 파장 변화는 폴리메틴 발색단/형광단의 광범위하게 컨쥬케이트된 π-전자계의 붕괴의 결과임이 가능하다(하기 참조). 도 3에서 보여지는 상기 CTMPA-Zn2+ 구조에 도시된 것처럼, TMPA 부위 내 상기 2차 아민 질소와 Zn2+의 복합체화(complexation)가 N-H 탈양성자화를 유도하여 덜 비편재된(delocalized) 디아미노-테트라엔(diamino-tetraene) 그룹과 크로스-콘쥬게이트(cross-conjugated)되는 이민을 형성한다면, 감소된 비편재화가 발생할 것이다. 이러한 변환은 상기 트리카르보시아닌 발색단/형광단 및 상기 풀-푸쉬 π-공액계(pull-push conjugated system)의 상당한 파괴, 및 최대 흡광 및 발광에서 큰 단파장 이동을 일으키는 시아닌의 폴리메틴 π-전자계의 단축(shortening)의 결과를 가져온다. Observations obtained in previous studies indicate that electron-donating or accepting meso-substituents have an effect on the absorption spectral properties of the polymethine dye, but these substituents do not significantly change the maximum luminescence. Indeed, the above-mentioned cyanine-based fluorescent sensor for metal ions only shows an increase and a decrease in luminescence intensity, but little or almost no movement at the maximum emission wavelength. Recently, a cyanine based metering Zn 2+ fluorescent probe was disclosed, which exhibited some Zn 2+ -promoted red shift (about 44 nm) at maximum absorption and did not exhibit emission wavelength. In contrast, however, Zn 2+ promotes large short wavelength shifts in both the maximum absorption and emission of CTMPA (see FIGS. 2A-2D). Other factors than simple modification of the electron donor or acceptor properties of meso substituents appear to contribute to the luminescent properties of the CTMPA-Zn 2+ complex. Large luminescence wavelength changes caused by the combination of CTMPA and Zn 2+ may possibly be the result of the collapse of the broadly conjugated π-electron system of the polymethine chromophore / fluorophore (see below). As shown in the CTMPA-Zn 2+ structure shown in FIG. 3, the complexation of Zn 2+ with the secondary amine nitrogen in the TMPA site induces NH deprotonation and is less delocalized. Reduced delocalization will occur if it forms an imine that is cross-conjugated with the diamino-tetraene group. This transformation results in the significant destruction of the tricarbocyanine chromophore and the pull-push conjugated system, and the polymethine π-electron field of cyanine, which causes large short wavelength shifts at maximum absorption and emission. This results in shortening of.
CTMPA에 대한 Zn2+의 결합 모드 및 상기 결과로 수득되는 스펙트럼 변화의 더 나은 이해를 얻기 위하여, 상기 분광학적 변화의 pH-의존성 연구가 수행되었다. 도 4a는 본 실시예에 따른 CH3CN-H2O (1 : 9)의 혼합물 중 CTMPA의 pH 프로파일을 나타낸 것이고, 도 4b는 본 실시예에 따른 CH3CN-H2O (1 : 9)의 혼합물 중 CTMPA의 흡광도 변화를 나타낸 것이고, 도 4c는 본 실시예에 따른 CH3CN-H2O (1 : 9)의 혼합물 중 CTMPA의 730 nm에서 형광 강도 변화(λex = 670 nm)를 나타낸 것이며, 도 4d는 본 실시예에 따른 CH3CN-H2O (1 : 9)의 혼합물 중 CTMPA의 I 590nm/I 730nm 의 형광 강도 비율(λex = 560 nm)을 나타낸 것이다. 본 실시예에 따른 CTMPA의 최대 흡광 및 발광에서 큰 청색 이동이 약 10.2 내지 약 11.5 범위의 pH에서 발생하는 것이 관찰되었다(도 4a 내지 도 4d 참조). 이러한 현저한 단파장 이동은 CTMPA 내 상기 NH 그룹의 탈양성자화에 의해 유도되는 상기 트리카르보시아닌의 풀-푸쉬(pull-push) π-공액계의 파괴 때문이다(도 5 참조). 본 실시예에 따른 CTMPA의 메조-치환기 내의 NH의 탈양성자화는 상기 트리카르보시아닌 발색단/형광단 내 π-공액계를 단축시키고, 이는 최대 흡광 및 발광에서 단파장 이동을 나타낸다. 이러한 결과는 Zn2+의 결합에 의해 증대된 CTMPA의 큰 청색 이동이, 상기 프로브의 NH에 대한 Zn2+의 배위결합이 NH의 pK a를 낮추기 때문에, 약 pH 7.4에서 상기 CTMPA-Zn2+ 복합체 내 NH의 탈양성자화에 의해 일어남을 시사한다(도 3 참조). 본 실시예에 따른 CTMPA의 흡광 및 발광 스펙트럼은 약 pH 2.8 내지 약 pH 9.7 사이에서 거의 변하지 않은 상태로 있으며, 따라서, 상기 프로브는 Zn2+의 인비보(in vivo) 검출에 응용될 수 있을 것으로 예상된다.In order to gain a better understanding of the binding mode of Zn 2+ to CTMPA and the resulting spectral change, a pH-dependent study of the spectroscopic changes was performed. 4a shows the pH profile of CTMPA in a mixture of CH 3 CN-H 2 O (1: 9) according to this example, and FIG. 4b shows CH 3 CN-H 2 O (1: 9) according to this example. 4C shows the change in absorbance of CTMPA in the mixture of Fig. 4C, and the fluorescence intensity change (λ ex = 670 nm) at 730 nm of CTMPA in the mixture of CH 3 CN-H 2 O (1: 9) according to this example. will showing a, Fig. 4d is a CH 3 CN-H 2 O ( 1: 9) according to this embodiment shows a CTMPA of I 590nm / I 730nm fluorescence intensity ratio (λ ex = 560 nm) in the mixture of. It was observed that a large blue shift occurs at a pH ranging from about 10.2 to about 11.5 at the maximum absorption and emission of CTMPA according to this example (see FIGS. 4A-4D). This significant short wavelength shift is due to the destruction of the pull-push π-conjugated system of the tricarbocyanin induced by deprotonation of the NH group in CTMPA (see FIG. 5). Deprotonation of NH in the meso-substituents of CTMPA according to this example shortens the π-conjugated system in the tricarbocyanine chromophore / fluorophore, which shows short wavelength shift at maximum absorption and emission. This result is because a large blue shift of the CTMPA increased by a combination of Zn 2+, Zn 2+ in a coordination bond to the NH of the probe to lower the NH of p K a, at about pH 7.4 the CTMPA-Zn 2 + Suggestion caused by deprotonation of NH in the complex (see FIG. 3). Absorption and luminescence spectra of CTMPA according to the present embodiment remain almost unchanged between about pH 2.8 and about pH 9.7, and therefore, the probe may be applied to in vivo detection of Zn 2+ . It is expected.
본원에 따른 CTMPA에 결합하는 상기 Zn2+의 모드를 더 조사하기 위하여, 1H NMR 적정 실험이 수행되었다. 본 실시예에 따른 CTMPA의 용액에 Zn2+의 첨가는 유리된 CTMPA로부터 발생하는 세트(set)에 추가하여 1H NMR 시그널의 새로운 세트의 형성의 결과를 가져온다(도 6 및 도 7 참조). 도 6a는 본 실시예에 따른 CTMPA의 Zn2+ 유무에 따른 수소 넘버링을 나타낸것이고, 도 6b은 본 실시예에 따른 Zn2+를 이용하여 적정 과정 중에서 CD3CN 내 CTMPA의 1H NMR 스펙트럼을 나타낸 것으로서, (i)는 유리 CTMPA의 스펙트럼이며, (ii)는 [Zn2+]/[CTMPA]의 0.5 : 1의 혼합물의 스펙트럼이고, (iii)는 [Zn2+]/[CTMPA]의 1 : 1의 혼합물의 스펙트럼을 나타낸 것이다. 아울러, 도 7은 본 실시예에 따른 CD3CN 중 Zn2+ 적정 과정에서 CTMPA의 1H NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다. 상기 1H NMR 시그널들의 상세한 확인은 표 1에 나타냈다. 본 실시예에 따른 CTMPA 대 Zn2+의 농도 비율([CTMPA] : [Zn2+])이 약 1 : 약 0.5 일때, 상기 두 세트의 시그널은 거의 동일한 강도를 가진다. 그러나 상기 농도 비율이 약 1 : 약 1에 도달하면, 상기 CTMPA-Zn2+ 복합체의 1H NMR 시그널만 관찰된다. Zn2+의 추가적 당량의 첨가는 상기 1H NMR 스펙트럼에서 추가적 변화를 일으키지 않는다. 이러한 결과는 또한 본 실시예에 따른 CTMPA 및 Zn2+간의 약 1 : 약 1 복합체가 형성된다는 것을 확인시켜 준다. 본 실시예에 따른 CTMPA 용액에 Zn2+의 약 1 당량의 첨가는 상기 피리딘 양성자 H 1 의 약 8.47 ppm부터 약 9.31 ppm으로의 현저하게 큰 다운필드 변위(downfield shift)를 촉진한다(도 2). 더욱이, Zn2+배위는 H 5 , H 6 , 및 H 7 양성자의 분명한 다운필드 변위를 일으킨다. 이러한 변화는, 도 6에서 나타내는 바와 같이, 모든 3 개의 피리딘 그룹 및 상기 메조-치환된 질소가 Zn2+ 배위에 참여하고 있음을 의미한다. 중요하게, 상기 알켄 양성자 H 11 의 화학적 변위는 Zn2+의 존재 하에 약 5.80 ppm부터 약 5.85 ppm으로 이동하고, 반면에 상기 알켄 양성자 H 12 는 이러한 금속 이온의 배위에 의해 약 7.70 ppm부터 약 7.56 ppm으로 업필드 변위(upfield shift)를 나타낸다. 상기 관찰된 알켄-H 화학적 변위는 CTMPA 내 상기 폴리메틴 π-전자계가 Zn2+와 상기 프로브의 복합체화에 의하여 단축된다는 결론을 더욱 뒷받침해 준다. To further investigate the mode of Zn 2+ binding to CTMPA according to the present application, a 1 H NMR titration experiment was performed. The addition of Zn 2+ to the solution of CTMPA according to this example results in the formation of a new set of 1 H NMR signals in addition to the set resulting from the free CTMPA (see FIGS. 6 and 7). 6a shows hydrogen numbering according to the presence or absence of Zn 2+ of CTMPA according to the present embodiment, and FIG. 6b shows a 1 H NMR spectrum of CTMPA in CD 3 CN during titration using Zn 2+ according to the present embodiment. as shown, (i) is the spectrum of the glass CTMPA, (ii) the [Zn 2+] / 0.5 of [CTMPA]: a mixture of a spectrum of the 1, (iii) the [Zn 2+] / [CTMPA] The spectrum of the mixture of 1: 1 is shown. In addition, Figure 7 shows the 1 H NMR spectrum of CTMPA during the Zn 2+ titration process of CD 3 CN according to the present embodiment. Detailed confirmation of the 1 H NMR signals is shown in Table 1. When the concentration ratio of CTMPA to Zn 2+ ([CTMPA]: [Zn 2+ ]) according to this example is about 1: 0.5, the two sets of signals have almost the same intensity. However, when the concentration ratio reaches about 1: 1, only 1 H NMR signal of the CTMPA-Zn 2+ complex is observed. The addition of additional equivalents of Zn 2+ does not cause further changes in the 1 H NMR spectrum. These results also confirm that about 1: about 1 complex between CTMPA and Zn 2+ according to this example is formed. The addition of about 1 equivalent of Zn 2+ to the CTMPA solution according to this example promotes a significantly greater downfield shift from about 8.47 ppm to about 9.31 ppm of the pyridine proton H 1 (FIG. 2). . Moreover, Zn 2+ configuration results in apparent downfield displacement of H 5 , H 6 , and H 7 protons. This change means that all three pyridine groups and the meso-substituted nitrogen participate in the Zn 2+ configuration, as shown in FIG. 6. Importantly, the chemical displacement of the alkene proton H 11 shifts from about 5.80 ppm to about 5.85 ppm in the presence of Zn 2+ , while the alkene proton H 12 shifts from about 7.70 ppm to about 7.56 by the coordination of these metal ions. Upfield shift in ppm. The observed alkene-H chemical shift further supports the conclusion that the polymethine π-electron field in CTMPA is shortened by the complexation of Zn 2+ with the probe.
[표 1]TABLE 1
Figure PCTKR2013006288-appb-I000011
Figure PCTKR2013006288-appb-I000011
상기 CTMPA-Zn2+ 복합체의 겉보기(apparent) 해리 상수(K d )는 Zn2+ 농도의 함수로서, 상기 형광 강도 비율 I 590 nm/I 730 nm 또는 흡광 비율 A 510 nm/A 670 nm을 플롯팅함으로써 약 1.2 nM임이 측정되었다(도 8a, 도 8b, 도 9a, 및 도 9b 참조). 도 8a는 본 실시예에 따른 CH3CN-HEPES (1:9) (λex = 560 nm) 중 Zn2+ 적정을 이용한 CTMPA (1 μM)의 흡광 스펙트럼을 나타낸 것이고, 도 8b는 본 실시예에 따른 CH3CN-HEPES (1:9) (λex = 560 nm) 중 Zn2+ 적정을 이용한 CTMPA (1 μM)의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이며, 도 9a는 본 실시예에 따른 완충용액 중 CTMPA (1 μM) 대 log10 C[Zn2+]free의 흡광비율 (A 510 nm/A 670 nm)을 나타내는 그래프이고, 도 9b는 본 실시예에 따른 완충용액 중 CTMPA (1 μM) 대 log10 C[Zn2+]free의 형광비율 (I 590 nm/I 730 nm)을 나타내는 그래프이다. 중요하게, 상기 관찰되는 본 실시예에 따른 CTMPA에 대한 Zn2+ 친화성은 디(2-피콜릴)아민[di(2-picolyl)amine, DPA] (K d = 23 nm)의 Zn2+ 친화성보다 훨씬 크며, 이것은 상기 프로브 내 모든 3 개의 피리딘 질소가 Zn2+와 킬레이트됨을 추가로 나타낸다. CTMPA-Zn2+의 나노몰(nanomole) K d 값은 상기 프로브가 상기 nM 범위 내에 Zn2+를 검출하는데 적합하다는 것을 시사한다. The apparent dissociation constant ( K d ) of the CTMPA-Zn 2+ complex plots the fluorescence intensity ratio I 590 nm / I 730 nm or the absorption ratio A 510 nm / A 670 nm as a function of Zn 2+ concentration. Was measured to be about 1.2 nM (see FIGS. 8A, 8B, 9A, and 9B). FIG. 8A shows an absorption spectrum of CTMPA (1 μM) using Zn 2+ titration in CH 3 CN-HEPES (1: 9) (λ ex = 560 nm) according to the present embodiment, and FIG. 8B shows this example. The emission spectrum of CTMPA (1 μM) using Zn 2+ titration in CH 3 CN-HEPES (1: 9) (λ ex = 560 nm) according to FIG. 9A is shown in FIG. 9A. (1 μM) versus log 10 C [Zn2 +] free graph showing absorbance ratio ( A 510 nm / A 670 nm ), FIG. 9B shows CTMPA (1 μM) versus log 10 C [in buffer according to this Example. It is a graph showing the fluorescence ratio ( I 590 nm / I 730 nm ) of Zn2 +] free . Importantly, Zn 2+ Zn 2+ affinity of pro-di (2-picolyl) amine [di (2-picolyl) amine , DPA] (K d = 23 nm) for CTMPA according to the present embodiment in which the observation Much larger than Mars, which further indicates that all three pyridine nitrogens in the probe chelate with Zn 2+ . The nanomolar K d value of CTMPA-Zn 2+ suggests that the probe is suitable for detecting Zn 2+ within the nM range.
CTMPA의 ZnZn of CTMPA 2+2+ 결합 선택성 Binding selectivity
종래 개발된 Zn2+수용체와 달리, CTMPA는 3 개의 피리딘 그룹과 Zn2+배위결합 부위로서 작용하는 한 개의 메조-질소를 함유한다. 상기 프로브 내에 다중 배위결합 부위의 존재는 Cd2+ 및 다른 금속 이온에 비하여 CTMPA의 Zn2+결합 선택성을 증대시킬 것으로 예상된다. 이러한 제안을 조사하기 위하여, 비교 실험이 Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Ag+, Al3+, Co2+, Cr3+, Cu2+, Fe2+, Fe3+, Hg2+, Mn2+, Ni2+ 및 Pb2+를 이용하여 CTMPA (5 μM)의 용액을 처리하고 이어서 Zn2+ (5 μM)를 연속적으로 첨가하여 I 590 nm/I 730 nm 비율 측정에 의해 수행되었다. 도 10에서 나타낸 바와 같이, 상기 CTMPA-Zn2+ 복합체의 발광 강도 프로파일은 상기 다른 시험된 금속 이온의 존재에 의하여 변화되지 않는데, 이것은 Zn2+에 대한 CTMPA의 높은 선택성을 나타낸다. 도 10은 CTMPA의 금속 이온 선택성을 그래프로 나타낸 것인데, 10% CH3CN (λex = 570 nm)를 함유하는 HEPES (10 mM, pH = 7.4) 내 다양한 금속 이온에 대한 CTMPA (5 μM)의 형광 반응을 나타낸 것이다. 회색 막대는 CTMPA의 용액(5 μM)에 다양한 경쟁 금속 이온 (Na+, K+, Mg2+ 및 Ca2+의 경우 1,000 μM ; Cd2+의 경우 10 μM; 그 외의 다른 금속 이온의 경우 25 μM)의 첨가 후에 I 590 nm/I 730 nm 비율을 나타낸다. 흑색 막대는 상기 경쟁 금속 이온의 존재 하에 CTMPA의 용액(5 μM)에 Zn2+의 첨가 후에 I 590 nm/I 730 nm 비율을 나타낸다.Previously developed Zn2+Unlike the receptors, CTMPA has three pyridine groups and Zn2+It contains one meso-nitrogen that acts as a coordination site. The presence of multiple coordination sites in the probe is Cd2+ And Zn of CTMPA relative to other metal ions2+It is expected to increase binding selectivity. To investigate this suggestion, comparative experiments were conducted with Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Ag+, Al3+, Co2+, Cr3+, Cu2+, Fe2+, Fe3+, Hg2+, Mn2+, Ni2+And Pb2+The solution of CTMPA (5 μM) and then Zn2+(5 μM) was added continuouslyI                 590 nmOfI                 730 nmIt was performed by rate measurement. As shown in Figure 10, the CTMPA-Zn2+The emission intensity profile of the composite is not changed by the presence of the other tested metal ions, which is Zn2+High selectivity for CTMPA. 10 is a graphical representation of the metal ion selectivity of CTMPA, 10% CH3CN (λex570 nm) shows the fluorescence response of CTMPA (5 μΜ) to various metal ions in HEPES (10 mM, pH = 7.4). Gray bars show various competing metal ions (Na in a solution of CTMPA (5 μM)+, K+, Mg2+ And Ca2+1,000 μM for ; CD 2+10 μM for; After addition of 25 μM) for all other metal ionsI                 590 nmOfI                 730 nmIndicates a ratio. Black bars are Zn in a solution of CTMPA (5 μM) in the presence of the competing metal ions.2+After addition ofI                 590 nmOfI                 730 nmIndicates a ratio.
CTMPA를 이용하는 세포 내 ZnIntracellular Zn Using CTMPA 2+2+ 의 이미지화Imaging of
CTMPA의 우수한 분광학적 Zn2+결합 특성 때문에, CTMPA는 생체 세포들 및 생물 내 아연 이온을 검출하는데 적합할 것이다. 이러한 예측을 시험하기 위하여, 상기 CTMPA의 Zn2+ 바이오이미지화 능력을 살아있는 포유동물 세포를 사용하여 측정하였다. 마우스 C2C12 근원세포(myoblasts) 및 마우스 NIH3T3 배아줄기세포(embryonic fibroblasts)는 1 시간 동안 2 μM CTMPA와 함께 배양되었다(도 11 참조). 도 11은 본 실시예에 따른 CTMPA를 이용하여 (a) C2C12 및 (b) NIH3T3 세포들 내 외인성 아연 이온의 형광 이미지를 나타낸 것이다. 세척에 의하여 상기 남아있는 프로브의 제거 후에, 상기 세포는 ZnCl2/피리치온 용액(2 μM)을 이용하여 처리되었고, 0.5 시간 동안 배양되었다. 외인성 아연 이온의 형광 이미지화의 결과에서, CTMPA만으로 배양된 세포는 매우 약한 형광을 나타내는 반면, Zn2+와 함께 처리된 세포들 및 상기 프로브는 강한 형광을 나타내며, 이것은 세포막-투과성 아연 이온 킬레이터 TPEN과의 전배양(pre-incubation)에 의하여 현저하게 약화된다(도 11 참조). 도 11은 CTMPA를 이용하여 (a) C2C12 및 (b) NIH3T3 세포들 내 외인성 아연 이온의 형광 이미지를 나타낸 것이다. 상기 이미지에서 세포들은 0.5 시간 동안 ZnCl2/피리치온 용액(2 μM)의 부재(왼쪽) 또는 존재(가운데) 하에서 배양되었고 그리고 나서 2 μM CTMPA를 이용하여 1 시간 동안 처리되었다. 오른쪽 이미지의 세포들은 ZnCl2/소듐 피리치온 용액(2 μM)을 이용하여 배양되고 그리고 나서 0.5 시간 동안 50 μM TPEN을 이용하여 처리되었다. 상기 처리된 세포들은 1 시간 동안 2 μM CTMPA를 이용하여 배양되었다 (λex = 543 nm, 스케일바 = 20 ㎛). 상기 관찰은 CTMPA가 세포-투과성이고 세포 내 아연 이온을 검출할 수 있음을 나타낸다. Because of the excellent spectroscopic Zn 2+ binding properties of CTMPA, CTMPA will be suitable for detecting zinc ions in living cells and organisms. To test this prediction, the Zn 2+ bioimaging ability of the CTMPA was measured using live mammalian cells. Mouse C2C12 myoblasts and mouse NIH3T3 embryonic fibroblasts were incubated with 2 μM CTMPA for 1 hour (see FIG. 11). FIG. 11 shows fluorescence images of exogenous zinc ions in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells using CTMPA according to this Example. After removal of the remaining probe by washing, the cells were treated with ZnCl 2 / pyrithione solution (2 μM) and incubated for 0.5 hours. As a result of fluorescence imaging of exogenous zinc ions, cells cultured with CTMPA alone show very weak fluorescence, while cells treated with Zn 2+ and the probe show strong fluorescence, which is a cell membrane-permeable zinc ion chelator TPEN It is significantly weakened by pre-incubation of the fruit (see FIG. 11). FIG. 11 shows fluorescence images of exogenous zinc ions in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells using CTMPA. Cells in this image were incubated in the absence (left) or presence (center) of ZnCl 2 / pyrithione solution (2 μM) for 0.5 hours and then treated for 1 hour using 2 μM CTMPA. The cells in the right image were incubated with ZnCl 2 / sodium pyrithione solution (2 μM) and then treated with 50 μM TPEN for 0.5 h. The treated cells were incubated with 2 μM CTMPA for 1 hour (λ ex = 543 nm, scale bar = 20 μm). This observation indicates that CTMPA is cell-permeable and capable of detecting intracellular zinc ions.
유리 아연 이온은 세포사멸 중에 세포 내 금속 단백질로부터 방출된다는 사실 때문에, CTMPA는 또한 이러한 공정을 검출하기 위해 사용되었다. 세포사멸을 유도하기 위하여, C2C12 및 NIH3T3 세포는 250 μM H2O2를 이용하여 6 시간 동안 배양되었고, 연이어서 CTMPA를 이용하여 1 시간 동안 처리되었다. 형광 현미경 이미지의 분석은 H2O2 와 배양된 세포는 밝은 적색 형광을 나타냄을 보여준다 (도 12 및 도 13 참조). 도 12는 본 실시예에 따른 CTMPA를 이용하여 세포사멸 중에 방출된 (a) C2C12 및 (b) NIH3T3 세포들 내 무손상 아연 이온의 형광 이미지를 나타낸 것이고, 도 13은 본 실시예에 따른 CTMPA를 이용하여 (a) C2C12 및 (b) NIH3T3 세포들 내 사멸세포 중에 방출된 무손상 아연 이온의 형광 이미지를 나타낸 것이다. 형광의 턴-온(turn-on)이 방출된 아연 이온에 대한 CTMPA의 응답의 결과임을 확인하기 위하여, H2O2-처리된 세포는 상기 프로브와의 처리 전에 0.5 시간 동안 50 μM TPEN를 이용하여 배양되었다. 이러한 경우, 상기 세포의 형광 강도는 현저하게 감소했는데(도 12), 이것은 상기 프로브가 세포사멸 중에 실제로 방출된 아연 이온을 감지함을 나타낸다. 도 12는 CTMPA를 이용하여 세포사멸 중에 방출된 (a) C2C12 및 (b) NIH3T3 세포들 내 무손상 아연 이온의 형광 이미지화를 나타낸 것이다. 세포들은 6 시간 동안 250 μM H2O2의 부재(왼쪽) 또는 존재(가운데) 하에서 배양되어, 세포사멸을 일으키고, 그리고 나서 2 μM CTMPA를 이용하여 1 시간 동안 처리되었다. 오른쪽 이미지의 세포들은 250 μM H2O2를 이용하여 6 시간 동안 배양되었고, 0.5 시간 동안 50 μM TPEN을 이용하여 처리되었고, 그리고 나서 1 시간 동안 2 μM CTMPA를 이용하여 배양되었다 (λex = 543 nm, 스케일바 = 20 ㎛).Due to the fact that free zinc ions are released from intracellular metal proteins during apoptosis, CTMPA has also been used to detect this process. To induce apoptosis, C2C12 and NIH3T3 cells were incubated for 6 hours with 250 μΜ H 2 O 2 and subsequently treated with CTMPA for 1 hour. Analysis of the fluorescence microscopy images shows that cells incubated with H 2 O 2 show bright red fluorescence (see FIGS. 12 and 13). FIG. 12 shows fluorescence images of intact zinc ions in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells released during apoptosis using CTMPA according to this Example, and FIG. 13 shows CTMPA according to this Example. Fluorescence images of intact zinc ions released in dead cells in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells are shown. To confirm that the turn-on of fluorescence is the result of CTMPA's response to released zinc ions, H 2 O 2 -treated cells were treated with 50 μM TPEN for 0.5 h prior to treatment with the probe. Were incubated. In this case, the fluorescence intensity of the cells was significantly reduced (FIG. 12), indicating that the probe senses the zinc ions actually released during apoptosis. Figure 12 shows fluorescence imaging of intact zinc ions in (a) C2C12 and (b) NIH3T3 cells released during apoptosis using CTMPA. Cells were cultured in the absence (left) or presence (center) of 250 μM H 2 O 2 for 6 hours, causing apoptosis and then treated for 1 hour with 2 μM CTMPA. The cells in the right image were incubated for 6 hours using 250 μM H 2 O 2 , treated with 50 μM TPEN for 0.5 hour, and then incubated with 2 μM CTMPA for 1 hour (λ ex = 543 nm, scale bar = 20 μm).
CTMPA를 사용한 제브라피쉬 내 무손상 ZnIntact Zn in zebrafish with CTMPA 2+2+ 의 검출Detection of
CTMPA의 더 흥미로운 응용은 생체 생물 내 Zn2+의 검출이다. 제브라피쉬는 다양한 생물학적 관련 종들 및 생분자들의 형광 검출을 목표로 하는 유용한 척추동물 모델이다. 결론적으로, 제브라피쉬 발달 과정 중에 무손상 아연 이온의 분포를 추적하는 것에 대한 CTMPA의 적용가능성이 연구되었다. 이러한 노력으로, 발달의 다양한 단계(수정 후 24, 36, 48, 72 및 96 시간(hours post-fertilization, hpf))에서의 제브라피쉬 배아들이 28℃에서 2 μM CTMPA에 노출되었다(도 14 참조). 도 14는 본 실시예에 따른 1 시간 동안 CTMPA를 이용하여 배양된 수정 후 (a) 24 시간, (b) 36 시간, (c) 48 시간, (d) 72 시간, 및 (e) 96 시간 경과된 제브라피쉬 내 무손상 아연 이온의 형광 검출 사진이다. NBD-TPEA 및 ZTRS와 같은 상이한 프로브를 사용하여 관찰했을 때, 밝은 적색 형광점이 상기 배아의 24 hpf 후에 복부의 하부에서 발생하였고, 다중 적색점으로 이루어지는 적색점 밴드들이 48 hpf 후에 상기 복부의 상부로 이동하고 그리고 나서 72 hpf 후에 사라졌다 (도 14 참조). 게다가, 적색점이 상기 난황 주변에 발달되었다. 형광점들이 제브라피쉬 내 무손상 Zn2+에 대한 상기 프로브의 응답에서 형성된 것임을 확인하기 위하여, 배아는 약 0.5 시간 동안 약 100 μM TPEN에 노출되었고, 그리고 나서 CTMPA를 이용하여 처리되었다. 제브라피쉬 내 적색 형광이 상기 TPEN 전처리 프로토콜에 노출되었던 배아 내에서는 거의 검출할 수 없었는데 (도 15 참조), 이것은 상기 적색점은 실제로 피쉬 내 내인성 아연 이온으로부터 기인된 결과임을 의미한다. A more interesting application of CTMPA is the detection of Zn 2+ in living organisms. Zebrafish are useful vertebrate models aimed at detecting fluorescence of various biologically related species and biomolecules. In conclusion, the applicability of CTMPA to tracking the distribution of intact zinc ions during zebrafish development has been studied. With this effort, zebrafish embryos at various stages of development (24, 36, 48, 72 and 96 hours post-fertilization (hpf) after exposure) were exposed to 2 μM CTMPA at 28 ° C. (see FIG. 14). . (A) 24 hours, (b) 36 hours, (c) 48 hours, (d) 72 hours, and (e) 96 hours after fertilization incubated with CTMPA for 1 hour according to this Example. Photo of fluorescence detection of intact zinc ions in zebrafish. When observed using different probes such as NBD-TPEA and ZTRS, a bright red fluorescence spot occurred at the bottom of the abdomen after 24 hpf of the embryo, and red dot bands consisting of multiple red spots were directed to the top of the abdomen after 48 hpf. Moved and then disappeared after 72 hpf (see FIG. 14). In addition, red spots developed around the egg yolk. To confirm that the fluorescence points were formed in the response of the probe to intact Zn 2+ in zebrafish, the embryos were exposed to about 100 μM TPEN for about 0.5 hours and then processed using CTMPA. Red fluorescence in zebrafish was hardly detectable in embryos that had been exposed to the TPEN pretreatment protocol (see FIG. 15), which means that the red dot is actually the result from endogenous zinc ions in the fish.
생체 표면상에 분포된 신경소구(neuromasts) 내에서 발현되는 메탈로티오네인(metallothioneins)들이 Zn2+ 항상성(homeostasis)에 있어 중요한 역할을 하는 것이 이전에 보여졌다. 중요하게, CTMPA를 사용함으로써, 본 발명자들은 외인성 아연 이온들을 이용한 처리 없이 제브라피쉬의 신경소구 내 형광 시그널을 관찰할 수 있었다(도 14e). 제브라피쉬의 신경소구 내 상기 프로브의 형광 강도는 TPEN을 이용한 전처리에 의해 현저하게 감소되었고, 이것은 상기 새로운 프로브가 신경소구 내 무손상 아연 이온을 선택적으로 검출할 수 있다는 결론을 뒷받침하는 것이다(도 15). 도 16은 본 실시예에 따른 (A) 측면 및 (B) 등쪽면 영역에서의 그룹화시킨 생체에 따른 신경소구의 분포를 도시화한 이미지로서, 상안와 영역 (supraorbital region)은 시각교차앞 (preoptic, PO), 및 상안와 (supraorbital, SO) 신경소구를 포함한다. 미골-두개골 영역 (caudal-cranial region)은 귀 (otic, O), 후두부 (occipital, OC), 등 (dorsal, D) 및 중간열 (middle, MI) 신경소구를 포함하며, 후부(posterior, P) 신경소구는 트렁크(trunk) 영역 내 놓여진 것이다. NBD-TPEA 및 ZTRS와 같은 상이한 아연 프로브를 사용할 때, 이러한 현상은 관찰되지 않았음을 주목해야 한다. CTMPA는 Zn2+에 대한 매우 높은 결합 친화성을 가지고, CTMPA는 자가형광을 억제하는 장파장 발광을 나타내기 때문에, 이러한 프로브는 제브라피쉬의 신경소구 내 무손상 아연 이온을 감지하는 특유의 능력을 가진다. It has previously been shown that metallothioneins expressed in neurospheres distributed on the living surface play an important role in Zn 2+ homeostasis. Importantly, by using CTMPA, we were able to observe the fluorescence signal in zebrafish neurospheres without treatment with exogenous zinc ions (FIG. 14E). The fluorescence intensity of this probe in neurospheres of zebrafish was significantly reduced by pretreatment with TPEN, which supports the conclusion that the new probe can selectively detect intact zinc ions in neurospheres (FIG. 15). ). FIG. 16 is an image showing the distribution of neurospheres according to the grouped living bodies in (A) side and (B) dorsal regions according to the present embodiment, and the upper eye and the supraorbital region are in front of the visual cross (preoptic, PO). ), And supraorbital (SO) neurospheres. The caudal-cranial region includes the ear (otic, O), the occipital (OC), the dorsal (D), and the middle (MI) neurospheres, and the posterior (P) Neurospheres are placed in the trunk area. It should be noted that this phenomenon was not observed when using different zinc probes such as NBD-TPEA and ZTRS. Since CTMPA has a very high binding affinity for Zn 2+ , and CTMPA exhibits long wavelength luminescence that inhibits autofluorescence, these probes have a unique ability to detect intact zinc ions in zebrafish neurospheres. .
상기 언급된 연구는 장파장 발광 최대를 가지는 신규 형광 Zn2+ 센서로서 CTMPA의 개발을 가져온다. 이러한 노력으로, 본 발명자들은 CTMPA가 다른 금속 이온들에 비하여 Zn2+에 대한 고감도 및 고선택성, 및 나노몰 범위에서 검출 한계를 가짐을 입증하였다. CTMPA가 Zn2+와 복합체를 형성할 때 발생하는 상기 현저한 흡광 및 발광 파장 이동은 상기 센서를 내인성 유리 아연 이온의 바이오이미지화를 위해 이상적으로 적합하게 만든다. 제브라피쉬의 신경소구 내 무손상 아연 이온의 형광 검출을 위하여 CTMPA를 사용함으로써 이러한 유리한 특색이 입증되었다. 이러한 흥미로운 결과는 CTMPA가 Zn2+생물학 이해를 목표로 하는 연구에 있어 밝은 미래를 가질 것임을 의미한다.The above-mentioned studies lead to the development of CTMPA as a novel fluorescent Zn 2+ sensor with long wavelength emission maximum. With this effort, we demonstrated that CTMPA has high sensitivity and high selectivity for Zn 2+ relative to other metal ions, and a detection limit in the nanomolar range. The significant absorption and emission wavelength shifts that occur when CTMPA forms a complex with Zn 2+ make the sensor ideally suited for bioimaging of endogenous free zinc ions. This advantageous feature was demonstrated by using CTMPA for fluorescence detection of intact zinc ions in the zebrafish neurospheres. These interesting results mean that CTMPA will have a bright future in research aimed at understanding Zn 2+ biology.
본 발명자들이 고안한 전략은, 금속 이온 배위결합에 의한 시아닌 발색단/형광단의 π-전자계의 콘쥬게이션 길이의 변조(modulation)에 의존하는, 고감도 및 고선택성, 비율계량적 시아닌계 금속 이온 센서의 형성에 적용할 수 있을 것이다. 특히, 시아닌 염료의 π-전자계 내 명백한 변화를 기반으로 하는 접근은 인비보(in vivo) 이미지화 적용을 위한 시아닌계 형광 프로브의 다른 유형을 고안하기 위한 기초로서 기여할 것이다. The strategy devised by the inventors of the present invention is the high sensitivity and high selectivity, ratiometric cyanine-based metal ion sensor, which is dependent on the modulation of the conjugation length of the π-electron of the cyanine chromophore / fluorophore by metal ion coordination bonds. It may be applicable to the formation. In particular, an approach based on apparent changes in the π-electron system of cyanine dyes will serve as the basis for devising other types of cyanine-based fluorescent probes for in vivo imaging applications.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above description, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present application.

Claims (17)

  1. 하기의 화학식 1로서 표시되는 화합물을 포함하는 시아닌계 형광 프로브:Cyanine-based fluorescent probe comprising a compound represented by the following formula (1):
    [화학식 1] [Formula 1]
    Figure PCTKR2013006288-appb-I000012
    .
    Figure PCTKR2013006288-appb-I000012
    .
  2. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 시아닌계 형광 프로브가 아연 이온(Zn2+) 검출용으로 사용되는 것인, 시아닌계 형광 프로브.The cyanine-based fluorescent probe is used for the detection of zinc ions (Zn 2+ ), cyanine-based fluorescent probe.
  3. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 화학식 1로서 표시되는 화합물이 아연 이온(Zn2+)과 반응하여 착물을 형성하는 것인, 시아닌계 형광 프로브.The compound represented by Formula 1 is to react with zinc ions (Zn 2+ ) to form a complex, cyanine-based fluorescent probe.
  4. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein
    상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 상기 Zn2+와 반응하여 최대 발광 파장에서 청색에서 적색으로 변화가 나타나는 것인, 시아닌계 형광 프로브.The compound represented by the formula (1) is a cyanine-based fluorescent probe that changes from blue to red at the maximum emission wavelength in response to the Zn 2+ .
  5. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 상기 Zn2+와의 반응에 의해 발광 파장 및 흡광 파장에서 단파장 이동을 나타내는 것인, 시아닌계 형광 프로브.The compound represented by the formula (1) is a cyanine-based fluorescent probe that exhibits a short wavelength shift in the emission wavelength and the absorption wavelength by the reaction with the Zn 2+ .
  6. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein
    상기 화학식 1로서 표시되는 화합물은 상기 Zn2+와의 반응에 의해 최대 발광 파장에서 730 nm에서 590 nm으로 단파장 이동이 나타나는 것인, 시아닌계 형광 프로브.The compound represented by the formula (1) is a cyanine-based fluorescent probe that shows a short wavelength shift from 730 nm to 590 nm at the maximum emission wavelength by the reaction with Zn 2+ .
  7. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 화학식 1로서 표시되는 화합물 내의 피리딘 및 메조-치환되는 질소가 상기 Zn2+와 반응하여 배위결합하는 것인, 시아닌계 형광 프로브.Pyridine and meso-substituted nitrogen in the compound represented by the formula (1) is a cyanine-based fluorescent probe that is coordinated by reacting with the Zn 2+ .
  8. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein
    상기 화학식 1로서 표시되는 화합물과 상기 Zn2+가 1 : 1의 비율로 복합체를 형성하는 것인, 시아닌계 형광 프로브.Cyanine-based fluorescent probe that the compound represented by the formula (1) and the Zn 2+ forms a complex in a ratio of 1: 1.
  9. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 시아닌계 형광 프로브가 생체 내 내인성 아연 이온(Zn2+)을 검출하는, 시아닌계 형광 프로브.The cyanine-based fluorescent probe detects endogenous zinc ions (Zn 2+ ) in vivo.
  10. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 시아닌계 형광 프로브가 아연 이온을 nM 범위 내에서 검출하는 것인, 시아닌계 형광 프로브.The cyanine-based fluorescent probe is to detect zinc ions within the nM range, cyanine-based fluorescent probe.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 시아닌계 형광 프로브를 이용하는, 생체 내 아연 이온의 검출방법.The detection method of zinc ion in vivo using the cyanine fluorescent probe of any one of Claims 1-10.
  12. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11,
    상기 검출방법은 생체 내 내인성 아연 이온의 분포를 이미지화할 수 있는 것인, 생체 내 아연 이온의 검출방법.The detection method is to detect the distribution of endogenous zinc ions in vivo, detection method of zinc ions in vivo.
  13. 하기 화학식 2로서 표시되는 TMPA를 염화 트리카르보시아닌과 반응시키는 것을 포함하는, 시아닌계 형광 프로브의 제조방법:A method for preparing a cyanine-based fluorescent probe comprising reacting TMPA represented by Formula 2 with tricarbocyanide chloride:
    [화학식 2][Formula 2]
    Figure PCTKR2013006288-appb-I000013
    .
    Figure PCTKR2013006288-appb-I000013
    .
  14. 제 13 항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 TMPA와 상기 염화 트리카르보시아닌은 아르곤 분위기 하에서 70℃ 내지 100℃에서 가열하여 반응시키는 것인, 시아닌계 형광 프로브의 제조방법.The TMPA and the tricarbocyanide chloride is a method of producing a cyanine-based fluorescent probe is heated and reacted at 70 ℃ to 100 ℃ under argon atmosphere.
  15. 제 13 항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 시아닌계 형광 프로브를 정제시키는 것을 추가 포함하는 것인, 시아닌계 형광 프로브의 제조방법.Method for producing a cyanine-based fluorescent probe further comprises purifying the cyanine-based fluorescent probe.
  16. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 시아닌계 형광 프로브를 포함하는, 형광 센서.A fluorescent sensor comprising the cyanine-based fluorescent probe according to any one of claims 1 to 10.
  17. 하기의 화학식 1로서 표시되는 시아닌계 화합물:Cyanine compound represented by the following formula (1):
    [화학식 1][Formula 1]
    Figure PCTKR2013006288-appb-I000014
    .
    Figure PCTKR2013006288-appb-I000014
    .
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